專利名稱：?jiǎn)蜗嗖⒙?lián)逆變器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由多個(gè)并聯(lián)工作的單相逆變模塊組成的逆變器系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在使用逆變器給負(fù)載供電的情況下，當(dāng)負(fù)載所需容量為單個(gè)逆變器模塊所不能保障，或當(dāng)可靠性需要加強(qiáng)，需要使用多個(gè)模塊組成并聯(lián)逆變器系統(tǒng)來(lái)工作。為了使系統(tǒng)具有與并聯(lián)的模塊數(shù)目相對(duì)應(yīng)的容量，要求各個(gè)逆變器均等地承擔(dān)負(fù)載電流(簡(jiǎn)稱均流)，也就是要盡可能減少只在各個(gè)逆變器之間流動(dòng)，而不流過(guò)負(fù)載的環(huán)流。
為了實(shí)現(xiàn)均流，可采用阻抗下垂法、集中控制(并機(jī)板控制)法、主從控制法和共電流調(diào)節(jié)器等方法。其中，阻抗法的效率低、特性差；而集中控制法和主從控制法有故障瓶頸等原因，所以現(xiàn)在都很少使用。比較常用的是共電流調(diào)節(jié)器法，其方法是將電流調(diào)節(jié)器的輸入或輸出用信號(hào)線連通，以達(dá)到均流的目的，一般用于模擬系統(tǒng)。共電流調(diào)節(jié)器法的共同特點(diǎn)是靠共用電流環(huán)的給定以保證各個(gè)逆變器的電流能基本保持一致。由于各逆變模塊有離散性，輸出電壓的幅值和相位仍可能會(huì)有微小的差別，由于逆變器的輸出阻抗非常小，微小差別也會(huì)導(dǎo)致較大的環(huán)流。
對(duì)于多個(gè)三相逆變器模塊并聯(lián)，為確保各模塊環(huán)流足夠小，引入環(huán)流反饋控制，在中國(guó)專利‘逆變器系統(tǒng)’(專利號(hào)為92102212.3，1994年1月5日授權(quán)公告)中公開了采用這種控制的裝置。其工作原理如圖1所示，圖中只畫出了兩個(gè)并聯(lián)的逆變器模塊。下面以逆變器模塊1為例，說(shuō)明工作原理。其中，由電流檢測(cè)裝置檢測(cè)出本模塊的三相輸出的電流Ioa、Iob、Ioc(簡(jiǎn)記為Io，以下同)，再由環(huán)流檢測(cè)裝置計(jì)算出Io與所有并聯(lián)模塊三相平均輸出電流Ia之差，即為本逆變器模塊的三相環(huán)流Ic，這是三相靜止坐標(biāo)系下的交變信號(hào)，不便直接用于反饋控制，為此采用d-q坐標(biāo)變換，把它們送至環(huán)流分解裝置(同時(shí)三相輸出電壓Vo也被送至分解裝置，產(chǎn)生分解所必需的同步信號(hào))，變換成旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流信號(hào)Icd、Icq，以便控制，也易于獲得好的控制效果。Icd為環(huán)流的瞬時(shí)有功分量，-Icq為環(huán)流的瞬時(shí)無(wú)功分量。以Icd、Icq為反饋量，通過(guò)控制使這兩個(gè)信號(hào)足夠小(希望為零)就可達(dá)到均流的目的。因?yàn)槎咦銐蛐?，也就意味著環(huán)流足夠小。
上述方法用于三相模塊的均流，非常有效。然而，在單相交流電中，環(huán)流為單相，只知道電壓和電流的瞬時(shí)值，無(wú)法求出環(huán)流的瞬時(shí)功率分量，直接用環(huán)流做反饋控制有如下缺點(diǎn)1)環(huán)流為交變量，不容易達(dá)到好的控制效果；2)只能采用常規(guī)方法，需一個(gè)工頻周期才能檢測(cè)出有功、無(wú)功分量，均流的動(dòng)態(tài)特性差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種單相并聯(lián)逆變器系統(tǒng)，使該系統(tǒng)即使在瞬時(shí)狀態(tài)、如負(fù)載突變時(shí)，也能保持各逆變器模塊的負(fù)載均等分配，從而使各個(gè)逆變器模塊能穩(wěn)定地工作。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題的方案在于，提供一種單相并聯(lián)逆變器系統(tǒng)，所述系統(tǒng)中至少有兩個(gè)并聯(lián)的逆變器模塊，每一個(gè)逆變器模塊中包括逆變主電路和控制電路，所述控制電路包括用于檢測(cè)所述逆變器主電路的輸出環(huán)流Ic的環(huán)流檢測(cè)裝置；根據(jù)所述環(huán)流Ic生成對(duì)應(yīng)于頻率控制信號(hào)的第一校正信號(hào)以及對(duì)應(yīng)于幅值控制信號(hào)的第二校正信號(hào)的環(huán)流分解裝置；根據(jù)所述第一校正信號(hào)產(chǎn)生輸出電壓的頻率控制信號(hào)的頻率控制裝置；根據(jù)所述第二校正信號(hào)產(chǎn)生輸出電壓的幅值控制信號(hào)的幅值控制裝置；根據(jù)所述幅值控制信號(hào)和頻率控制信號(hào)，產(chǎn)生用于控制所述逆變主電路的控制信號(hào)的控制信號(hào)產(chǎn)生器；其特征在于，所述環(huán)流分解裝置包括用于對(duì)所述單相環(huán)流Ic進(jìn)行分相，得到至少兩個(gè)相位不同的虛擬電流信號(hào)的分相裝置；以及，用于對(duì)所述虛擬電流信號(hào)進(jìn)行d-q軸正交坐標(biāo)系變換，得到所述第一校正信號(hào)和第二校正信號(hào)的坐標(biāo)變換裝置。
其中，所述分相裝置可采用延遲電路或積分電路將所述單相環(huán)流Ic進(jìn)行分相處理后得到正交兩相虛擬電流信號(hào)，或采用延遲電路將所述單相環(huán)流Ic進(jìn)行分相處理后得到對(duì)稱三相虛擬電流信號(hào)；然后再由所述坐標(biāo)變換裝置對(duì)所述正交兩相或?qū)ΨQ三相虛擬電流信號(hào)進(jìn)行d-q變換，得到環(huán)流的d-q分量，即Icd和Icq；然后可用Icd和Icq中的任一個(gè)作為所述第一校正信號(hào)，另一個(gè)則作為所述第二校正信號(hào)Icq。
在本發(fā)明所述的單相并聯(lián)逆變器系統(tǒng)中，所述頻率控制裝置包括用于對(duì)所述第一校正信號(hào)進(jìn)行P調(diào)節(jié)或PI調(diào)節(jié)從而得到頻率校正量Δf的第一調(diào)節(jié)器G1，根據(jù)頻率校正量Δf對(duì)基準(zhǔn)頻率fo進(jìn)行校正的頻率校正裝置，以及鎖相環(huán)(15)。
在本發(fā)明所述的單相并聯(lián)逆變器系統(tǒng)中，所述幅值控制裝置包括用于對(duì)所述第二校正信號(hào)進(jìn)行P調(diào)節(jié)或PI調(diào)節(jié)從而得到幅值校正量Δv的第二調(diào)節(jié)器G2，根據(jù)幅值校正量Δv對(duì)基準(zhǔn)幅值Vr進(jìn)行校正的幅值校正裝置，以及對(duì)校正后的幅值進(jìn)行P調(diào)節(jié)或PI調(diào)節(jié)的幅值補(bǔ)償調(diào)節(jié)裝置G3。
本發(fā)明把單相環(huán)流信號(hào)Ic送入分相裝置，變成至少有兩相或三相的虛擬多相電流信號(hào)，然后再用坐標(biāo)變換裝置，得環(huán)流的有功和無(wú)功分量，從而便于進(jìn)行控制，使系統(tǒng)即使在瞬時(shí)狀態(tài)、如負(fù)載突變時(shí)，也能保持各逆變器模塊的負(fù)載均等分配，從而使各個(gè)逆變器模塊能穩(wěn)定地工作。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中圖1是現(xiàn)有三相并聯(lián)逆變器系統(tǒng)的均流技術(shù)原理示意圖，同時(shí)可作為本發(fā)明單相逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的均流原理示意圖；圖2是本發(fā)明單相逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中正交兩相式分相的原理圖；圖3是本發(fā)明單相逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中三相對(duì)稱式分相的原理圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的工作原理仍然借助圖1說(shuō)明，不過(guò)圖中的Io，Ia，Ic，Vo已不再為三相信號(hào)，而是單相信號(hào)。下面以單相逆變模塊1為例，說(shuō)明工作原理，從圖中可以看出，單相逆變模塊1中包括由第一調(diào)節(jié)器G1、頻率校正裝置14和鎖相環(huán)15所組成的頻率控制裝置；由第二調(diào)節(jié)器G2、幅值校正裝置11和幅值補(bǔ)償調(diào)節(jié)裝置G3組成的幅值控制裝置；逆變器主電路13；環(huán)流分解裝置18及環(huán)流檢測(cè)裝置19。其中，控制信號(hào)產(chǎn)生器包含于逆變器主電路13中，未在圖1中畫出。
工作時(shí)，由環(huán)流檢測(cè)裝置19檢測(cè)出Io與所有并聯(lián)模塊平均輸出電流Ia之差，即為本模塊的環(huán)流Ic＝Io-Ia。環(huán)流Ic為靜止坐標(biāo)系下的交變信號(hào)，它被送入環(huán)流分解裝置18，得環(huán)流的d-q分量Icd、Icq(本模塊的Vo也被送至環(huán)流分解裝置18，用于產(chǎn)生分解所必需的正弦、余弦同步基準(zhǔn)信號(hào))。Icd為環(huán)流的瞬時(shí)有功分量，-Icq為環(huán)流的瞬時(shí)無(wú)功分量。本實(shí)施例中以Icd作為第一校正信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)第一調(diào)節(jié)器G1后得到頻率校正量Δf；Icq作為第二校正信號(hào)經(jīng)第二調(diào)節(jié)器G2后得到幅值校正量Δv。第一調(diào)節(jié)器G1、第二調(diào)節(jié)器G2可以為P(比例)調(diào)節(jié)器，也可以為PI(比例積分)調(diào)節(jié)器。頻率校正量Δf輸入到頻率校正裝置14，對(duì)基準(zhǔn)頻率fo進(jìn)行校正，其結(jié)果輸出到鎖相環(huán)(PPL)，最后得到用于控制逆變器輸出電壓頻率的頻率控制信號(hào)f*，它最終決定模塊的相位；幅值校正量Δv輸入幅值校正裝置11，對(duì)基準(zhǔn)幅值Vr進(jìn)行校正，其結(jié)果輸出到幅值補(bǔ)償調(diào)節(jié)裝置G3，G3可以為P(比例)調(diào)節(jié)器，也可以為PI(比例積分)調(diào)節(jié)器，最后得到用于控制逆變器輸出電壓幅值的幅值控制信號(hào)V*。頻率控制信號(hào)f*和幅值控制信號(hào)V*被輸入到逆變模塊的控制信號(hào)產(chǎn)生器，再產(chǎn)生用于控制逆變器主電路1中的開關(guān)器件的開關(guān)器件控制信號(hào)。
具體實(shí)施時(shí)，還可將Icq作為第一校正信號(hào)經(jīng)第一調(diào)節(jié)器G1后得到頻率校正量Δf；將Icd作為第二校正信號(hào)經(jīng)第二調(diào)節(jié)器G2后得到幅值校正量Δv，其余過(guò)程保持不變。
本發(fā)明中，環(huán)流分解裝置包括分相裝置和坐標(biāo)變換裝置。其中的分相裝置用于把環(huán)流Ic移相一定的角度得電流信號(hào)Iy，有時(shí)還把環(huán)流Ic移相另一的角度得電流信號(hào)Iz，然后把Ic作為Ix和Iy(或連同Iz)一起送入坐標(biāo)變換裝置，坐標(biāo)變換裝置把分相后的環(huán)流從靜止坐標(biāo)系變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)，即進(jìn)行d-q變換，得環(huán)流的d-q分量Icd、Icq。關(guān)于環(huán)流分解，可用下面兩類方法(1)、從單相信號(hào)Ic分相后成正交的兩相虛擬電流信號(hào)Ix、Iy，坐標(biāo)變換裝置采用的是兩相靜止坐標(biāo)到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的變換；(2)、從單相信號(hào)Ic分相后成為對(duì)稱的三相虛擬電流信號(hào)Ix、Iy、Iz，坐標(biāo)變換裝置采用的是三相靜止坐標(biāo)到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的變換。
兩類方法的共同特點(diǎn)是單相信號(hào)Ic最終變成兩相正交的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的信號(hào)Icd、Icq，具體的坐標(biāo)變換方法見(jiàn)交流電機(jī)學(xué)的相關(guān)書籍(比如由陳伯時(shí)主編的“電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)”，機(jī)械工業(yè)出版社，92年出版，§7-7，P242-247)。
一、正交兩相式分相分相裝置把環(huán)流Ic作為虛擬電流信號(hào)Ix，Ic移相90°或積分得與Ic正交的虛擬電流信號(hào)Iy。
1、延遲方法如圖2所示，其中Iy為1/4周期以前的環(huán)流瞬時(shí)值，考慮到在線式UPS的逆變輸出跟蹤旁路市電，逆變頻率會(huì)隨市電有小范圍的變化，在程序中有一個(gè)信號(hào)，為PWM(脈寬調(diào)制)頻率調(diào)制度m，用于反映前一個(gè)工頻周期總的采樣次數(shù)(例如，采樣頻率為20kHz，本振頻率定為50Hz，則每個(gè)工頻周期有400個(gè)采樣，從而頻率調(diào)制度m＝400)。因此，Iy可用z變換表示為Iy(z)＝Ic(z)·z-m/4即Ic延遲m/4個(gè)采樣周期(即90°)后得Iy。
2、積分方法對(duì)于正弦量來(lái)說(shuō)，積分相當(dāng)于移相90°，因此可用Ic積分得到與其正交的Iy，即Iy=∫0tIcdt]]>延遲方法為了實(shí)現(xiàn)延時(shí)，需要在內(nèi)存中開辟長(zhǎng)度為m/4的FIFO(先進(jìn)先出)隊(duì)列，用于保存當(dāng)前拍至以前m/4拍的所有環(huán)流值。當(dāng)采樣頻率提高后，m要按比例增大，會(huì)過(guò)多占用內(nèi)存變量空間。而采用積分，只多一個(gè)變量，并且積分有濾波效果，有利于抗干擾。
二、三相對(duì)稱式分相分相裝置把環(huán)流Ic作為虛擬電流信號(hào)Ix，通過(guò)下列方法得到互差120°的三個(gè)虛擬電流信號(hào)Ix、Iy、Iz。
1、Ix延遲m/3個(gè)采樣周期(即120°)后得Iy，Ix延遲2m/3個(gè)采樣周期(即240°)后得Iz。
Iy(z)＝Ix(z)·z-m/3Iz(z)＝Ix(z)·z-2m/32、Ix延遲m/3個(gè)采樣周期(即120°)后得Iy。利用Ix+Iy+Iz＝0得IzIy(z)＝Ix(z)·z-m/3Iz(z)＝-Ix(z)·-Iy(z)3、Ix延遲m/6個(gè)采樣周期(即60°)后得-Iz。利用Ix+Iy+Iz＝0得IyIz(z)＝-Ix(z)·z-m/6Iy(z)＝-Ix(z)·-Iz(z)。
權(quán)利要求
1.一種單相并聯(lián)逆變器系統(tǒng)，所述系統(tǒng)中至少有兩個(gè)并聯(lián)的逆變器模塊，每一個(gè)逆變器模塊中包括逆變主電路和控制電路，所述控制電路包括用于檢測(cè)所述逆變器主電路的輸出環(huán)流Ic的環(huán)流檢測(cè)裝置；根據(jù)所述環(huán)流Ic生成對(duì)應(yīng)于頻率控制信號(hào)的第一校正信號(hào)以及對(duì)應(yīng)于幅值控制信號(hào)的第二校正信號(hào)的環(huán)流分解裝置；根據(jù)所述第一校正信號(hào)產(chǎn)生輸出電壓的頻率控制信號(hào)的頻率控制裝置；根據(jù)所述第二校正信號(hào)產(chǎn)生輸出電壓的幅值控制信號(hào)的幅值控制裝置；根據(jù)所述幅值控制信號(hào)和頻率控制信號(hào)，產(chǎn)生用于控制所述逆變主電路的控制信號(hào)的控制信號(hào)產(chǎn)生器；其特征在于，所述環(huán)流分解裝置包括用于對(duì)所述單相環(huán)流Ic進(jìn)行分相，得到至少兩個(gè)相位不同的虛擬電流信號(hào)的分相裝置；以及，用于對(duì)所述虛擬電流信號(hào)進(jìn)行d-q軸正交坐標(biāo)系變換，得到所述第一校正信號(hào)和第二校正信號(hào)的坐標(biāo)變換裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相并聯(lián)逆變器系統(tǒng)，其特征在于，所述分相裝置對(duì)所述單相環(huán)流Ic進(jìn)行正交兩相式分相，得到正交兩相虛擬電流信號(hào)Ix、Iy；所述坐標(biāo)變換裝置對(duì)所述正交兩相虛擬電流信號(hào)進(jìn)行d-q變換，得到所述第一校正信號(hào)和第二校正信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單相并聯(lián)逆變器系統(tǒng)，其特征在于，所述分相裝置將環(huán)流Ic作為虛擬電流信號(hào)Ix，采用延遲電路對(duì)所述單相環(huán)流Ic進(jìn)行處理，得到四分之一周期以前的環(huán)流瞬時(shí)值Iy。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單相并聯(lián)逆變器系統(tǒng)，其特征在于，所述分相裝置將環(huán)流Ic作為虛擬電流信號(hào)Ix，采用積分電路對(duì)所述單相環(huán)流Ic進(jìn)行處理，得到環(huán)流瞬時(shí)值的積分Iy。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相并聯(lián)逆變器系統(tǒng)，其特征在于，所述分相裝置對(duì)所述單相環(huán)流Ic進(jìn)行三相對(duì)稱式分相，得到對(duì)稱三相虛擬電流信號(hào)Ix、Iy、Iz；所述坐標(biāo)變換裝置對(duì)所述對(duì)稱三相虛擬電流信號(hào)進(jìn)行d-q變換，得到所述第一校正信號(hào)和第二校正信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的單相并聯(lián)逆變器系統(tǒng)，其特征在于，所述分相裝置將環(huán)流Ic作為虛擬電流信號(hào)Ix，采用延遲電路對(duì)所述單相環(huán)流Ic進(jìn)行處理，得到三分之一周期以前的環(huán)流瞬時(shí)值Iy和三分之二周期以前的環(huán)流瞬時(shí)值Iz。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的單相并聯(lián)逆變器系統(tǒng)，其特征在于，所述頻率控制裝置包括用于對(duì)所述第一校正信號(hào)進(jìn)行P調(diào)節(jié)或PI調(diào)節(jié)從而得到頻率校正量Δf的第一調(diào)節(jié)器G1，根據(jù)頻率校正量Δf對(duì)基準(zhǔn)頻率fo進(jìn)行校正的頻率校正裝置(14)，以及鎖相環(huán)(15)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的單相并聯(lián)逆變器系統(tǒng)，其特征在于，所述幅值控制裝置包括用于對(duì)所述第二校正信號(hào)進(jìn)行P調(diào)節(jié)或PI調(diào)節(jié)從而得到幅值校正量Δv的第二調(diào)節(jié)器G2，根據(jù)幅值校正量Δv對(duì)基準(zhǔn)幅值Vr進(jìn)行校正的幅值校正裝置(11)，以及對(duì)校正后的幅值進(jìn)行P調(diào)節(jié)或PI調(diào)節(jié)的幅值補(bǔ)償調(diào)節(jié)裝置G3。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種單相并聯(lián)逆變器系統(tǒng)，針對(duì)現(xiàn)有單相并聯(lián)逆變器系統(tǒng)中不能用環(huán)流的瞬時(shí)功率分量直接做反饋控制所帶來(lái)的缺點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)中的環(huán)流分解裝置加以改時(shí)，其中包括用于對(duì)單相環(huán)流I
文檔編號(hào)H02J3/46GK1490915SQ0213500
公開日2004年4月21日 申請(qǐng)日期2002年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月18日
發(fā)明者劉平, 于相旭, 劉 平 申請(qǐng)人:艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司