專利名稱：三相并聯(lián)式逆變模塊的同步方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三相模塊化并聯(lián)式逆變電源領(lǐng)域，尤其涉及三相并聯(lián)式不間斷電 源系統(tǒng)的同步。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，交流電源供電方式正在由集中式向分布式、全功能式發(fā)展。由多個逆 變模塊并聯(lián)組成的電源系統(tǒng)，己成為一項很有前景的工程應(yīng)用方案。這種并聯(lián)冗 余系統(tǒng)具有如下優(yōu)點運行可靠，功率范圍廣，具有極高的系統(tǒng)可維修性能，在 模塊出現(xiàn)故障時，可以很方便地進(jìn)行熱插拔更換或維修。其技術(shù)關(guān)鍵是各逆變模 塊的同步問題，也即各逆變模塊的輸出電壓應(yīng)滿足同幅、同頻與同相，以達(dá)到均 分負(fù)載和環(huán)流為零的要求。
交流并聯(lián)系統(tǒng)的環(huán)流主要由各逆變模塊之間的輸出電壓幅度與相位的差異造 成，可通過均流技術(shù)與鎖相算法來抑制。然而，目前并沒有理想的三相鎖相算法， 如采樣單相鎖相的思想，由于每個工頻周期才調(diào)整一次步長，鎖相過程復(fù)雜，速 度遲緩。另外，除了基波與諧波分量外，環(huán)流中還含有不可控的高頻分量。由于 上電時刻不同與晶振的漂移，各逆變模塊的PWM (Pulse Width Modulation,脈沖 寬度調(diào)制)載波將不能保證同步，從而產(chǎn)生高頻分量，這在分散式控制的并聯(lián)系 統(tǒng)中極難消除。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是 并聯(lián)式逆變模塊進(jìn)行同步的方法 環(huán)流中的高頻分量問題。
，針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出一種對三相 ，解決三相鎖相問題，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步解決
本發(fā)明提供的三相并聯(lián)式逆變模塊的同步方法，包括以下步驟-
1. 1并聯(lián)系統(tǒng)中各逆變模塊通過總線搶占的方法自由競爭，由系統(tǒng)控制確定 一臺主機(jī)，其余模塊均設(shè)定為從機(jī)；
1. 2主機(jī)以旁路電壓為鎖相跟蹤源，而從機(jī)則以主機(jī)的輸出電壓為鎖相跟蹤 源，各模塊分別進(jìn)行后續(xù)步驟；
1. 3采樣三相跟蹤源電壓與三相輸出電壓，計算跟蹤源電壓與輸出電壓的頻 率、頻率差與相位差；
1. 4根據(jù)跟蹤源與輸出電壓之間的頻率差，調(diào)整PWM調(diào)制正弦波的查表步 長，以改變逆變模塊自身的輸出電壓頻率，使其逐步鎖定跟蹤源頻率；
1. 5當(dāng)頻率已鎖定，再根據(jù)跟蹤源與輸出電壓之間的相位差，微調(diào)PWM調(diào) 制正弦波的査表步長，減小兩者之間的相位差，對相位進(jìn)行鎖定。
在上述方案中，若跟蹤源電壓空間矢量對應(yīng)的頻率在鎖相范圍內(nèi)，對跟蹤源 電壓進(jìn)行鎖相，否則，產(chǎn)生一個對應(yīng)于50Hz三相量的空間矢量，再進(jìn)行鎖相。
用下述方法完成頻率的鎖定
/go"/ = /go"/ -義 ， < /go"/ - I
其中，A。。/為目標(biāo)頻率，/^為基準(zhǔn)電壓的頻率，義為頻率調(diào)節(jié)幅限。
在頻率鎖定后，計算出基準(zhǔn)電壓空間矢量與輸出電壓空間矢量的角度差Zie，
再將頻率對應(yīng)的角度差做為PWM調(diào)制正弦波査表步長，將^e進(jìn)行比例調(diào)節(jié)，經(jīng) 限幅后微調(diào)查表步長，對相位進(jìn)行鎖定。
為解決環(huán)流高頻問題，本發(fā)明進(jìn)一步對載波進(jìn)行同步
5. 1并聯(lián)系統(tǒng)中各逆變模塊均確定自身的主計數(shù)器，該計數(shù)器為模塊的控制 算法定時觸發(fā)中斷，同時為PWM調(diào)制提供載波；
5. 2通過一根系統(tǒng)同步總線，主機(jī)在主計數(shù)器過零處發(fā)出高頻同步脈沖；
5. 3各從機(jī)實時捕獲同步脈沖，定期校正其主計數(shù)器的計數(shù)值，使之與主機(jī) 的保持同步。
在上述方案中，如各逆變模塊中存在多個載波，同時將主計數(shù)器的計數(shù)值賦
給提供載波的多個計數(shù)器，實現(xiàn)單機(jī)載波一致，主從機(jī)載波同歩。
本發(fā)明解決了三相鎖相問題，并可以消除環(huán)流中的高頻分量問題。


圖1是三相系統(tǒng)矢量變換的原理圖2是本發(fā)明提出的三相鎖相方法的流程圖3是從機(jī)載波超前于主機(jī)載波時載波同步校正的基本原理圖4是從機(jī)載波滯后于主機(jī)載波時載波同步校正的基本原理圖5是本發(fā)明中進(jìn)一步對載波同步的方法的流程圖6是雙脈沖形式的高頻同步脈沖發(fā)生方案；
圖7是單脈沖形式的高頻同步脈沖發(fā)生方案；
圖8是計數(shù)值校正導(dǎo)致PWM脈寬變化的示意圖9是計數(shù)值校正導(dǎo)致PWM脈沖丟失的示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明包括三相鎖相和載波同步兩部分內(nèi)容，后者是用于進(jìn)一步解決環(huán)流高
頻分量的。下面分別進(jìn)行描述 1.三相鎖相方法
在三相交流系統(tǒng)中，^C三相量對應(yīng)于一個旋轉(zhuǎn)的空間矢量，各相分量等于該 矢量在坐標(biāo)軸上的投影，如圖1所示?？臻g矢量的旋轉(zhuǎn)速度等于三相量的角速度， 對應(yīng)其頻率?？臻g矢量的相角，即其與fl軸的夾角等于"相電壓的相角，對應(yīng)三 相量的相位。于是三相量的鎖相等效為，輸出電壓空間矢量對跟蹤源電壓空間矢 量的跟蹤問題。
空間矢量的旋轉(zhuǎn)速度可用其在載波周期間隔的角度差表示<formula>formula see original document page 6</formula>
其中，《。w為本時刻空間矢量的相角，e^為上個載波周期間隔的空間矢量相角。 為計算上式，可先通過如下靜止變換將三相量變換為兩相量。<formula>formula see original document page 7</formula>
式中，r。，K,^為"6c坐標(biāo)系上的三相量，&,&為aB-坐標(biāo)系上的兩相量。于是， 可得出弦值的計算公式
<formula>formula see original document page 7</formula>
其中，O為空間矢量的相角，Vm,為空間矢量的模長，Vai, Vbi分別為空間矢量的a, B 的分量。
本發(fā)明的三相鎖相的流程如圖2所示。首先計算跟蹤源電壓空間矢量對應(yīng)的
頻率，如其在鎖相范圍內(nèi)，則對跟蹤源電壓進(jìn)行鎖相。否則，產(chǎn)生一個對應(yīng)于50Hz 三相量的空間矢量，再進(jìn)行鎖相。
鎖相時，先完成頻率跟蹤再進(jìn)行相位調(diào)節(jié)。頻率跟蹤方法為
<formula>formula see original document page 7</formula>其中/g。。/為目標(biāo)頻率，人/為跟蹤源電壓的頻率，X為頻率調(diào)節(jié)幅限。X的引入可 限制頻率跟蹤速度，避免逆變輸出頻率突變，其值可由頻率跟蹤速度指標(biāo)求得。 在頻率跟蹤完成后，進(jìn)行相位調(diào)節(jié)。可計算出基準(zhǔn)電壓空間矢量與輸出電壓空間 矢量的角度差J0。再將頻率對應(yīng)的角度差做為PWM調(diào)制正弦波査表步長。在此 基礎(chǔ)上，將ZJ0進(jìn)行比例調(diào)節(jié)，經(jīng)限幅后微調(diào)査表步長，從而校正相位差。
2.載波同步方法
下面結(jié)合這圖5至9對載波同步進(jìn)行說明。其中，載波同步方法的流程如圖5
所示。其中的一些步驟圖6至圖9進(jìn)行說明。
假定各逆變模塊的處理器均以定時計數(shù)器Timed為主計數(shù)器，載波同步方法 的基本原理如圖3與圖4所示。在圖3中，從機(jī)載波超前于主機(jī)載波￡ ^個計數(shù) 值，主機(jī)在載波過零處發(fā)出高頻同步脈沖。經(jīng)過硬件電路延遲了De/qy個計數(shù)值， 從機(jī)才捕獲到同步脈沖，捕獲值為C4P。假定從機(jī)主計數(shù)器Timerl在校正時刻處 于遞增計數(shù)階段，計數(shù)值為7VC，則應(yīng)將其校正為T7CAT-77CJVr—CAP+i)e/矽。 對于圖4，從機(jī)載波滯后于主機(jī)載波個計數(shù)值。同樣分析可得，Timerl的計 數(shù)值應(yīng)校正為！7CiVr二77CAT+C4P—i)e/ay。
主從機(jī)載波的相位關(guān)系判斷是載波同步方法的基礎(chǔ)，這與高頻同步脈沖的發(fā) 生與捕獲關(guān)系密切。同步脈沖可采用雙脈沖或單脈沖兩種形式發(fā)生，則捕獲器的 時基定時器的計數(shù)方式也隨之改變，如圖6與圖7所示。在圖6中，主機(jī)在Timerl 過零中斷后，通過1/0 口發(fā)出兩個高頻同步脈沖，從機(jī)捕獲器的時基定時器(假定 為Timer2)與Timerl —樣采用連續(xù)增/減計數(shù)方式。通過捕獲值C4W與C4尸2之 間的大小關(guān)系可判斷出在主機(jī)載波過零時，從機(jī)載波處于遞增還是遞減計數(shù)階段， 即可得出主從機(jī)載波之間的相位關(guān)系。如C4尸7與C4P2分別落在Timer2過零點 兩側(cè)，則另加兩同步脈沖間的時間距離Gop信息，同樣也可進(jìn)行判斷。在圖7中， 主機(jī)可通過PWM端口在Timerl過零處發(fā)出一個高頻同步脈沖，從機(jī)Timer2改為 遞增計數(shù)方式，其計數(shù)周期為2T7i^—l (77/^為載波的計數(shù)周期)。由捕獲值 C4尸與77尸i 之間的大小關(guān)系，即可判斷出主從機(jī)載波之間的相位關(guān)系。
就載波而言，由于PWM調(diào)制中通常采用等腰三角載波，因此處理器的Timerl 計數(shù)器采用連續(xù)增/減模式。于是校正點可能處在計數(shù)器遞增計數(shù)階段也可能在遞 減計數(shù)階段，而從機(jī)載波可超前或滯后于主機(jī)載波，兩者組合情況較多。為簡化 邏輯，可通過算法運行時間控制，將校正點設(shè)計于計數(shù)器的遞增計數(shù)階段，從而 減少邏輯判斷、提高運行效率。
本方法通過改變計數(shù)器的計數(shù)值來實現(xiàn)載波同步，因而可能出現(xiàn)計數(shù)值調(diào)整 后跨過PWM調(diào)制值，錯過調(diào)制匹配或重復(fù)匹配，導(dǎo)致PWM脈寬變化或脈沖丟失， 引起逆變輸出波形畸變。圖8示出了脈寬變化的情況，從機(jī)載波超前于主機(jī)載波， 計數(shù)值回調(diào)跨過調(diào)制值Qkf尸7 ，于是造成重復(fù)匹配，PWM脈沖加寬。圖9示出了 脈沖丟失的情況，從機(jī)載波滯后于主機(jī)載波，前調(diào)跨過調(diào)制值CM戶i ，于是錯過 調(diào)制匹配，PWM脈沖丟失?？梢姡瑧?yīng)避免計數(shù)值調(diào)整跨過調(diào)制值。首先，通過運
行時間控制，盡可能設(shè)計校正點靠近Timerl的過零點。再求出所有PWM調(diào)制值 的最小值，將校正點計數(shù)值與其比較。如前者小于后者，則進(jìn)行載波同步校正； 而其余情況出現(xiàn)幾率較小，為簡化邏輯不進(jìn)行校正。在從機(jī)載波滯后前調(diào)時，如 Timerl校正后的計數(shù)值跨過最小調(diào)制值，則縮小校正步伐，校正到比最小調(diào)制值 略小處。此外，還應(yīng)對校正步長進(jìn)行限幅，幅限以小為宜，盡可能減小載波同步 校正對PWM脈沖的影響。實際上，減小幅限只使載波從異步到同步過渡時間拉長 而己。 一旦載波同步后，只對計數(shù)值進(jìn)行微調(diào)，不會出現(xiàn)大步校正。
權(quán)利要求
1、一種三相并聯(lián)式逆變模塊的同步方法，包括以下步驟1.1并聯(lián)系統(tǒng)中各逆變模塊通過總線搶占的方法自由競爭，由系統(tǒng)控制確定一臺主機(jī)，其余模塊均設(shè)定為從機(jī)；1.2主機(jī)以旁路電壓為鎖相跟蹤源，而從機(jī)則以主機(jī)的輸出電壓為鎖相跟蹤源，各模塊分別進(jìn)行后續(xù)步驟；1.3采樣三相跟蹤源電壓與三相輸出電壓，計算跟蹤源電壓與輸出電壓的頻率、頻率差與相位差；1.4根據(jù)跟蹤源與輸出電壓之間的頻率差，調(diào)整PWM調(diào)制正弦波的查表步長，以改變逆變模塊自身的輸出電壓頻率，使其逐步鎖定跟蹤源頻率；1.5當(dāng)頻率已鎖定，再根據(jù)跟蹤源與輸出電壓之間的相位差，微調(diào)PWM調(diào)制正弦波的查表步長，減小兩者之間的相位差，對相位進(jìn)行鎖定。
2、權(quán)利要求l所述的三相并聯(lián)式逆變模塊的同步方法，其特征在于，若跟蹤 源電壓空間矢量對應(yīng)的頻率在鎖相范圍內(nèi)，對跟蹤源電壓進(jìn)行鎖相，否則，產(chǎn)生 一個對應(yīng)于50Hz三相量的空間矢量，再進(jìn)行鎖相。
3、權(quán)利要求2所述的三相并聯(lián)式逆變模塊的同步方法，其特征在于，用下述 方法完成頻率的鎖定<formula>formula see original document page 2</formula>其中，厶。。/為目標(biāo)頻率，為基準(zhǔn)電壓的頻率，x為頻率調(diào)節(jié)幅限,
4、權(quán)利要求3所述的三相并聯(lián)式逆變模塊的同步方法，其特征在于，在頻率 鎖定后，計算出基準(zhǔn)電壓空間矢量與輸出電壓空間矢量的角度差z^，再將頻率對 應(yīng)的角度差做為PWM調(diào)制正弦波查表步長，將/J0進(jìn)行比例調(diào)節(jié)，經(jīng)限幅后微調(diào) 査表步長，對相位進(jìn)行鎖定。
5、權(quán)利要求1至4任一權(quán)利要求所述的三相并聯(lián)式逆變模塊的同步方法，其 特征在于，還包括以下載波同步的步驟5. 1并聯(lián)系統(tǒng)中各逆變模塊均確定自身的主計數(shù)器，該計數(shù)器為模塊的控制 算法定時觸發(fā)中斷，同時為PWM調(diào)制提供載波；5. 2通過一根系統(tǒng)同步總線，主機(jī)在主計數(shù)器過零處發(fā)出高頻同步脈沖；5. 3各從機(jī)實時捕獲同步脈沖，定期校正其主計數(shù)器的計數(shù)值，使之與主機(jī) 的保持同步。
6、權(quán)利要求5所述的三相并聯(lián)式逆變模塊的同步方法，其特征在于，如各逆 變模塊中存在多個載波，同時將主計數(shù)器的計數(shù)值賦給提供載波的多個計數(shù)器， 實現(xiàn)單機(jī)載波一致，主從機(jī)載波同步。
全文摘要
一種三相并聯(lián)式逆變模塊的同步方法，系統(tǒng)中各逆變模塊通過總線搶占的方法自由競爭，確定主機(jī)和從機(jī)；主機(jī)和從機(jī)分別以旁路電壓和主機(jī)輸出的電壓為鎖相跟蹤源，各模塊采樣三相跟蹤源電壓與三相輸出電壓，計算跟蹤源電壓與輸出電壓的頻率、頻率差與相位差；根據(jù)跟蹤源與輸出電壓之間的頻率差，調(diào)整PWM調(diào)制正弦波的查表步長，使其逐步鎖定跟蹤源頻率；然后再根據(jù)跟蹤源與輸出電壓之間的相位差，微調(diào)PWM調(diào)制正弦波的查表步長，減小兩者之間的相位差，對相位進(jìn)行鎖定。之后，可以通過主機(jī)在主計數(shù)器過零處發(fā)同步脈沖，從機(jī)捕獲脈沖交校正其主計數(shù)器的方法進(jìn)行載波同步。本發(fā)明解決了三相鎖相問題，并可以消除環(huán)流中的高頻分量問題。
文檔編號H02J3/40GK101110518SQ200610061789
公開日2008年1月23日 申請日期2006年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月21日
發(fā)明者孫文煥, 楊國順 申請人:中興通訊股份有限公司