可并機(jī)的數(shù)碼發(fā)電機(jī)組控制器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種種可并機(jī)的數(shù)碼發(fā)電機(jī)組控制器，包括依次連接的整流單元、逆變單元、交流并聯(lián)的相位同步與功率均衡控制單元，所述整流單元三相半控橋式整流電路，由一個(gè)三相半波不控整流電路與一個(gè)三相半波可控整流電路串聯(lián)而成；所述逆變單元為IGBT功率管構(gòu)成的H橋逆變電路；所述交流并聯(lián)的相位同步與功率均衡控制單元采用鎖相環(huán)技術(shù)互相跟蹤相位，并通過(guò)控制汽油發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)進(jìn)氣量，調(diào)節(jié)汽油機(jī)轉(zhuǎn)速，繼而調(diào)節(jié)發(fā)電的頻率和相位。本發(fā)明支持機(jī)組配置多種極數(shù)的發(fā)電機(jī)，支持不同功率汽油數(shù)碼發(fā)電機(jī)組間并聯(lián)，不同功率柴油數(shù)碼發(fā)電機(jī)組間并聯(lián)，以及汽油數(shù)碼發(fā)電機(jī)組與柴油發(fā)電機(jī)組間并聯(lián)，并采用鎖相環(huán)技術(shù)互相跟蹤相位，輸出相位控制越精確，電能輸出品質(zhì)越高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
可并機(jī)的數(shù)碼發(fā)電機(jī)組控制器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)碼發(fā)電機(jī)組控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種可并機(jī)的數(shù)碼發(fā)電機(jī)組 控制器。
【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)碼發(fā)電機(jī)組是未來(lái)發(fā)電機(jī)行業(yè)發(fā)展的重要方向，目前單臺(tái)數(shù)碼發(fā)電機(jī)組已得到 了廣泛的應(yīng)用，與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)無(wú)法比擬的，其產(chǎn)生的原始交流電經(jīng)過(guò)"凈化"，電流經(jīng)過(guò)"交-直-交"二級(jí)轉(zhuǎn)換，使電壓輸出與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，同時(shí)將電壓波形畸變降至最低限度，最終 再次轉(zhuǎn)化成潔凈、平穩(wěn)的交流電輸出，電能質(zhì)量高。因此，足以運(yùn)行一些對(duì)電壓波動(dòng)非常敏 感的電氣設(shè)備、儀器，如：電腦等。然而目前，數(shù)碼發(fā)電機(jī)組特別是不同動(dòng)力源的數(shù)碼發(fā)電機(jī) 組間并機(jī)運(yùn)行的控制技術(shù)仍處于起步階段，缺少完整控制器設(shè)計(jì)方案。
[0003] 這嚴(yán)重限制了因應(yīng)用功率不夠或其他因素，多臺(tái)數(shù)碼發(fā)電機(jī)組并機(jī)運(yùn)行的使用情 況，影響了用戶(hù)的使用體驗(yàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，提供一種可用于 不同動(dòng)力源的數(shù)碼發(fā)電機(jī)組并機(jī)的控制器。
[0005] 技術(shù)方案:本發(fā)明的一種可并機(jī)的數(shù)碼發(fā)電機(jī)組控制器，包括依次連接的整流單 元、逆變單元、交流并聯(lián)的相位同步與功率均衡控制單元，所述整流單元三相半控橋式整流 電路，由一個(gè)三相半波不控整流電路與一個(gè)三相半波可控整流電路串聯(lián)而成;所述逆變單 元為IGBT功率管構(gòu)成的Η橋逆變電路;所述交流并聯(lián)的相位同步與功率均衡控制單元采用 鎖相環(huán)技術(shù)互相跟蹤相位，并通過(guò)控制汽油發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)進(jìn)氣量，調(diào)節(jié)汽油機(jī)轉(zhuǎn)速，繼而調(diào) 節(jié)發(fā)電的頻率和相位。
[0006] 有益效果:本發(fā)明支持機(jī)組配置多種極數(shù)的發(fā)電機(jī)，支持不同功率汽油數(shù)碼發(fā)電 機(jī)組間并聯(lián)，不同功率柴油數(shù)碼發(fā)電機(jī)組間并聯(lián)，以及汽油數(shù)碼發(fā)電機(jī)組與柴油發(fā)電機(jī)組 間并聯(lián)。機(jī)組并聯(lián)后，可實(shí)現(xiàn)各機(jī)組輸出的相位同步和功率按比例均衡分配。控制器采用鎖 相環(huán)技術(shù)互相跟蹤相位，輸出相位控制越精確，電能輸出品質(zhì)越高。
[0007] 本發(fā)明能夠支持多種永磁發(fā)電機(jī)，不同極數(shù)的發(fā)電機(jī)在產(chǎn)生的多種頻率和電壓的 電能均可生成用戶(hù)指定的頻率、電壓電能。
[0008] 本發(fā)明采用鎖相環(huán)技術(shù)互相跟蹤相位，并通過(guò)控制汽油發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)進(jìn)氣量，調(diào) 節(jié)汽油機(jī)轉(zhuǎn)速，繼而調(diào)節(jié)發(fā)電的頻率和相位。
[0009] 本發(fā)明采用鎖相環(huán)技術(shù)互相跟蹤相位，并通過(guò)控制柴油發(fā)動(dòng)機(jī)油栗噴油量，調(diào)節(jié) 柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，繼而調(diào)節(jié)發(fā)電的頻率和相位。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)圖；
[0011] 圖2為本發(fā)明中三相半控整流橋；
[0012] 圖3為本發(fā)明中整流驅(qū)動(dòng)電路；
[0013]圖4為本發(fā)明中Η橋逆變?cè)韴D；
[0014]圖5為本發(fā)明中Η橋逆變驅(qū)動(dòng)原理圖；
[0015] 圖6為本發(fā)明中用于汽油數(shù)碼發(fā)電機(jī)組原理圖；
[0016] 圖7為本發(fā)明中用于柴油數(shù)碼發(fā)電機(jī)組；
[0017] 圖8為本發(fā)明中廣義二階積分器；
[0018] 圖9為本發(fā)明中鎖相環(huán)同步相位原理圖；
[0019] 圖10為本發(fā)明中雙發(fā)電機(jī)并聯(lián)供電示意圖；
[0020] 圖11為本發(fā)明中下垂控制方程原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述實(shí)施 例。
[0022] 如圖1所示，本發(fā)明的一種可并機(jī)的數(shù)碼發(fā)電機(jī)組控制器，包括依次連接的整流單 元、逆變單元、交流并聯(lián)的相位同步與功率均衡控制單元，所述整流單元三相半控橋式整流 電路，由一個(gè)三相半波不控整流電路與一個(gè)三相半波可控整流電路串聯(lián)而成;所述逆變單 元為IGBT功率管構(gòu)成的Η橋逆變電路;所述交流并聯(lián)的相位同步與功率均衡控制單元采用 鎖相環(huán)技術(shù)互相跟蹤相位，并通過(guò)控制汽油發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)進(jìn)氣量，調(diào)節(jié)汽油機(jī)轉(zhuǎn)速，繼而調(diào) 節(jié)發(fā)電的頻率和相位。
[0023]以下分別做介紹：
[0024] 1、整流單元設(shè)計(jì)
[0025]本控制器整流單元為三相半控橋式整流電路，由一個(gè)三相半波不控整流電路與一 個(gè)三相半波可控整流電路串聯(lián)而成，因此該電路具有半控和不控兩種電路的特點(diǎn)。發(fā)電機(jī) 在運(yùn)行過(guò)程中，可能出現(xiàn)轉(zhuǎn)速過(guò)高，導(dǎo)致輸出電壓過(guò)高的問(wèn)題。晶閘管一般過(guò)流過(guò)壓能力較 差，如果晶閘管上的正向電壓上升率過(guò)大，可能使晶閘管正向阻斷能力下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起 誤導(dǎo)通。所以控制器中設(shè)計(jì)RC阻容吸收回路進(jìn)行保護(hù)，具體如圖2所示。該回路利用電容兩 端電壓不能突變的特點(diǎn)，來(lái)吸收回路的電壓，把它限制在允許的范圍內(nèi)。電容串接電阻的作 用是限制晶閘管開(kāi)通損耗與電流上升率。
[0026]設(shè)計(jì)整流電路的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)好晶閘管觸發(fā)電路，向晶閘管提供合適的觸發(fā)電流使 其導(dǎo)通。本控制器在晶閘管驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)上采用單片機(jī)控制光耦開(kāi)關(guān)，然后驅(qū)動(dòng)三極管 去控制晶閘管的導(dǎo)通與關(guān)斷，具體如圖3所示。該方案因?yàn)榧尤肓藛纹瑱C(jī)實(shí)時(shí)采樣信號(hào)，并 進(jìn)行相應(yīng)控制，可達(dá)到輸出電壓穩(wěn)定的效果。從晶閘管導(dǎo)通條件可知，可將三個(gè)晶閘管的門(mén) 極用一路信號(hào)去控制。因?yàn)閷?dǎo)通還需要陽(yáng)極與陰極之間有正向電壓，因此用這一個(gè)高低電 平的信號(hào)就能實(shí)現(xiàn)三個(gè)晶閘管的控制，不僅電路簡(jiǎn)單，而且控制方便。該觸發(fā)電路的原理是 當(dāng)控制信號(hào)是高電平時(shí)，光耦關(guān)斷，三極管Q基極為高電平，三極管Q截止，此時(shí)晶閘管門(mén)極 電位為隔離地，所以晶閘管截止。反之，當(dāng)控制信號(hào)為低電平時(shí)，三極管Q導(dǎo)通，晶閘管門(mén)極 相對(duì)于陰極為高電平，所以晶閘管導(dǎo)通。
[0027] 2、逆變單元設(shè)計(jì)
[0028]本控制器的逆變單元為IGBT功率管構(gòu)成的Η橋逆變電路，具體如圖4所示。項(xiàng)目采 用如圖5所示的專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片IR2113來(lái)驅(qū)動(dòng)Η橋。IR2113驅(qū)動(dòng)芯片具有可調(diào)的錯(cuò)誤清零時(shí) 間、內(nèi)置高級(jí)輸入濾波器、軟關(guān)斷功能、欠壓保護(hù)功能、硬件過(guò)流保護(hù)，且能在功率管上下導(dǎo) 通時(shí)自動(dòng)加入死區(qū)，避免了同時(shí)導(dǎo)通而損壞元器件。
[0029] 為了要輸出AC正弦波，驅(qū)動(dòng)信號(hào)需要經(jīng)過(guò)脈寬調(diào)制，即通常說(shuō)的SPWM信號(hào)。從調(diào)制 脈沖的極性來(lái)看，PWM可分為單極性和雙極性控制兩種模式。單極性調(diào)制方式兼顧到了四個(gè) IGBT功率管工作狀態(tài)的均衡，不僅能保證輸出較理想的正弦波，而且能從很大程度上減小 開(kāi)關(guān)損耗，增加 IGBT使用壽命，提高電路的可靠性。雙極性調(diào)制方式則會(huì)產(chǎn)生了較大的開(kāi)關(guān) 損耗，降低IGBT使用壽命。輸出電壓波形上看，單極性調(diào)制通斷頻率是雙極性的兩倍，而電 壓跳動(dòng)則為雙極性的一半。若用傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)，可知單極性調(diào)制不包含偶次諧波;在頻率 譜上看，最低次諧波是開(kāi)關(guān)頻率的兩倍，這一特性使得它的諧波含量比雙極性要小;從控制 器電路上來(lái)講，諧波頻率高，就可以使輸出濾波的電容、電感值降低，從而減小控制器體積 與成本.所以本控制器選擇單極性控制方式產(chǎn)生SPWM。
[0030]在常規(guī)單極性和雙極性模式下，脈沖頻率等于開(kāi)關(guān)頻率。要想得到較好的電壓波 形，就要提高PWM的開(kāi)關(guān)頻率(便于細(xì)分SPWM電壓階梯）。但在大功率情況下，開(kāi)關(guān)頻率不宜 過(guò)高，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)頻率過(guò)高導(dǎo)致開(kāi)關(guān)損耗增大，且開(kāi)關(guān)管發(fā)熱嚴(yán)重，長(zhǎng)時(shí)間工作會(huì)損壞器件， 大容量器件高速通斷，會(huì)產(chǎn)生很高的電壓尖峰，可能造成開(kāi)關(guān)管或其他器件擊穿，開(kāi)關(guān)頻率 過(guò)高出現(xiàn)擎住效應(yīng)增大。
[0031 ]單極性倍頻主要特點(diǎn):脈沖頻率是開(kāi)關(guān)頻率的2倍。整個(gè)系統(tǒng)更有優(yōu)勢(shì)，通過(guò)ΙΟΚΗζ 的倍頻與ΙΟΚΗζ的單極性及ΙΟΚΗζ的雙極性模式進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn):極性模式的開(kāi)關(guān)損耗小，正 弦波精度高。單片機(jī)屬于8位機(jī)，由于使用ΙΟΚΗζ可達(dá)到20KHz的效果，所以其PWM中斷的頻率 降低了，也就是說(shuō)中斷的時(shí)間延長(zhǎng)了，這就為更好的電流實(shí)時(shí)性提供了保障。單極性倍頻調(diào) 制方式在不提高脈沖頻率的前提下，提高了 SPWM諧波分量頻率，便于濾波，LC濾波可做的更 小，同時(shí)電壓波形諧波小，對(duì)稱(chēng)性好。
[0032] 3、交流并聯(lián)的相位同步與功率均衡控制單元設(shè)計(jì)
[0033]針對(duì)汽油數(shù)碼發(fā)電機(jī)組流并聯(lián)的相位同步與功率均衡控制，控制器采用鎖相環(huán)技 術(shù)互相跟蹤相位，并通過(guò)控制汽油發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)進(jìn)氣量，調(diào)節(jié)汽油機(jī)轉(zhuǎn)速，繼而調(diào)節(jié)發(fā)電的 頻率和相位，如圖6所示。針對(duì)數(shù)碼發(fā)電機(jī)組流并聯(lián)的相位同步與功率均衡控制，控制器采 用鎖相環(huán)技術(shù)互相跟蹤相位，并通過(guò)控制柴油發(fā)動(dòng)機(jī)油栗噴油量，調(diào)節(jié)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，繼而調(diào) 節(jié)發(fā)電的頻率和相位，如圖7所示。
[0034] 鎖相環(huán)設(shè)計(jì)如下：
[0035] 將采用廣義二階積分器構(gòu)造鎖相環(huán)進(jìn)行并聯(lián)相位同步。二階帶通濾波器構(gòu)造結(jié)構(gòu) 如圖8所示，圖中增益影響積分器的帶寬，可以實(shí)現(xiàn)濾波和構(gòu)造正弦與余弦波形的目的。
[0036] 鎖相環(huán)的輸出相位Θ計(jì)算得到PWM調(diào)制波，疊加上載波生成PWM信號(hào)，對(duì)控制器進(jìn)行 控制，如圖9所示。AD采集控制器的輸出電壓信號(hào)，再進(jìn)行二階廣義積分濾波，d-q變換就可 以實(shí)現(xiàn)鎖相功能。在跟蹤參考電機(jī)相位時(shí)，電壓閉環(huán)控制可以使控制器輸出電壓的幅值與 參考電壓幅值相等，設(shè)定為Uamp。
[0037] 參考和控制器輸出的瞬時(shí)相位分別設(shè)定為α和β^-ρ變換公式修改為：
[0038]
[0039] 當(dāng)鎖相環(huán)穩(wěn)定時(shí)，Uq等于零，即輸出電壓與參考相位相等，實(shí)現(xiàn)同步功能。此外，采 用AD多路同時(shí)采樣的方法，同時(shí)采集參考信號(hào)與輸出信號(hào)，最大程度的減小軟件時(shí)延。并聯(lián) 后的d_q變換公式為：
[0040]
[0041] 本項(xiàng)目鎖相環(huán)不僅保留了二階廣義積分鎖相的優(yōu)點(diǎn)，盡量減小了軟件時(shí)延，最大 程度上保證了控制器輸出相位與參考相位同步。
[0042] 針對(duì)交流并聯(lián)的功率均衡，本控制器并聯(lián)模型進(jìn)行系統(tǒng)功率分析。把發(fā)電機(jī)等效為一 個(gè)有內(nèi)阻的電壓源，Ua、Ub、Uo、分別為發(fā)電機(jī)A控制器輸出電壓、發(fā)電機(jī)B控制器輸出電壓、交流 并聯(lián)母線(xiàn)電壓;發(fā)電機(jī)A、B的輸出阻抗和連線(xiàn)阻抗之和等效表示為Oil, = (? = 4句， 其中％分別為發(fā)電機(jī)A、B的輸出電壓相位，（(^為輸出等效輸出阻抗的相位。
[0043] 如圖10所示圖并聯(lián)發(fā)電機(jī)輸出功率的表達(dá)式為：
[0044]
[0045] 本控制器下垂控制方程如圖11所示結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，首先測(cè)量發(fā)電機(jī)輸出的電壓和電 流，計(jì)算輸出的平均功率(通常包括低通濾波環(huán)節(jié)），輸出平均功率與功率設(shè)定參考值比較 后通過(guò)下垂控制器得到發(fā)電機(jī)輸出的角頻率和電壓幅值，下垂系數(shù)可根據(jù)電力系統(tǒng)約束的 頻率電壓波動(dòng)范圍選擇。這樣的控制方式可實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)間功率分配并保證系統(tǒng)電壓和頻率 穩(wěn)定。
[0046] 對(duì)應(yīng)下垂方程為：
[0047]
[0048] 此外，本控制器還設(shè)計(jì)電壓電流環(huán)用于改善電壓。輸出性能，并且設(shè)計(jì)電壓電流環(huán) 增益可方便的控制等效輸出阻抗呈感性、阻性或感性阻性混合性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種可并機(jī)的數(shù)碼發(fā)電機(jī)組控制器，其特征在于:包括依次連接的整流單元、逆變單 元、交流并聯(lián)的相位同步與功率均衡控制單元，所述整流單元三相半控橋式整流電路，由一 個(gè)三相半波不控整流電路與一個(gè)三相半波可控整流電路串聯(lián)而成;所述逆變單元為IGBT功 率管構(gòu)成的H橋逆變電路;所述交流并聯(lián)的相位同步與功率均衡控制單元采用鎖相環(huán)技術(shù) 互相跟蹤相位，并通過(guò)控制汽油發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)進(jìn)氣量，調(diào)節(jié)汽油機(jī)轉(zhuǎn)速，繼而調(diào)節(jié)發(fā)電的頻 率和相位。
【文檔編號(hào)】F02D9/00GK105952543SQ201610473657
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年6月24日
【發(fā)明人】趙玉鑫
【申請(qǐng)人】揚(yáng)州市英斯特機(jī)電科技有限公司