一种变流器并联时的载波同步系统及方法与流程

本发明涉及一种变流器并联时的载波同步系统及方法。

背景技术：

随着电力电子技术的发展和新能源发电需求的不断增多，多台变流器并联的系统得到了广泛的应用。然而，变流器并联却因各模块间调制波、载波不一致因素带来了新的问题，如并网环流问题：环流会使并网电流畸变严重，增加损耗，降低系统效率，影响变流器的正常运行。

对此，现有技术常采用载波同步技术解决上述环流问题，公开号为104950765A的中国专利公开了一种基于CAN总线的逆变器并联系统及其载波同步方法，这种方法增加了变流器并联系统的硬件成本，当外部环境比较严酷时容易引入干扰使同步信号失效，其稳定性较低。公开号为104486059A的中国专利公开了一种光伏逆变器并联系统载波同步方法，该方法通过CPLD通信方式实现载波同步，但可靠性不高、硬件布置繁琐，不利于变流器的快速自由投切和扩展及模块化管理。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种变流器并联时的载波同步系统及方法，能够有效控制并减少变流器并网环流，抑制各变流器并联后的交流电流谐波和并联谐振，满足灵活性和可靠性要求。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种变流器并联时的载波同步系统，包括与若干个并联的变流器单元相连的同步信号输出单元，每个变流器单元设置有与同步信号输出单元相连的模拟载波发生器，每个变流器单元还设置有实际载波发生器、调制波寄存器、PWM脉冲发生单元和同步使能单元：

所述调制波寄存器存放变流器控制系统输出的正弦波或目标波形指令值，所述模拟载波发生器通过同步使能单元与实际载波发生器相连，所述PWM脉冲发生单元分别与实际载波发生器和调制波寄存器相连。

优选，所述同步使能单元通过同步使能信号控制，当同步使能信号有效时，同步使能单元工作，每个变流器单元的实际载波发生器与模拟载波发生器进行同步；否则，每个变流器单元的实际载波发生器与模拟载波发生器不进行同步。

优选：

A)各模拟载波发生器收到同步信号输出单元的同步信号后，将载波计数值归零，并重新计数，产生不断循环的锯齿波载波信号；

B)所述实际载波发生器采集模拟载波发生器的载波信号的当前计数值并与实际载波发生器的载波信号的当前计数值进行比较，当二者差值大于整定值时，对实际载波信号的下一次装载计数周期值进行调整使得实际载波发生器与模拟载波发生器同步。

优选，步骤B)具体包括如下步骤：

01、设模拟载波信号的计数周期为T1PRD，模拟载波信号的当前计数值为t1cout；实际载波信号的计数周期为T2PRD，实际载波信号的当前计数值为t2cout，阈值为ξ，码值为θ；

02、将实际载波发生器发出的三角形载波信号变换成锯齿波形：

当实际载波信号处于增计数阶段时，锯齿波形的计数周期t'2cout等于T2PRD；

当实际载波信号处于减计数阶段时，锯齿波形的计数周期t'2cout为：

t'2cout＝2*T2PRD-t2cout；

03、采集模拟载波与实际载波变换后的载波信号的当前计数值，令参数t′1cout＝t1cout*Δf，Δf为模拟载波发生器芯片和实际载波发生器芯片内部工作频率的比值；

令参数Δt＝min(t1,t2,t3)

其中，t1＝t'2cout-t′1cout，t2＝2*T2PRD-t'2cout+t′1cout，t3＝2*T2PRD-t′1cout+t′2cout；

04、当Δt＞0且Δt＞ξ时：增大实际载波信号的下一次装载计数周期值T′2PRD，其中：T′2PRD＝T2PRD+θ；

当Δt＜0且Δt＜-ξ时，减小实际载波信号的下一次装载计数周期值T′2PRD，其中：T′2PRD＝T2PRD-θ；

05、通过1个PWM周期TPWM的修正，实际载波信号和模拟载波信号同步，在过零处重合开始计数，产生不断周期循环的三角波载波信号。

对应的，一种变流器并联时的载波同步方法，包括如下步骤：

步骤1、各模拟载波发生器收到同步信号输出单元的同步信号后，将载波计数值归零，并重新计数，产生不断循环的锯齿波载波信号；

步骤2、当同步使能信号有效时，同步使能单元工作，每个变流器单元的实际载波发生器与模拟载波发生器进行同步，进入步骤3；

步骤3、所述实际载波发生器采集模拟载波发生器的载波信号的当前计数值并与实际载波发生器的载波信号的当前计数值进行比较，当二者差值大于整定值时，对实际载波信号的下一次装载计数周期值进行调整使得实际载波发生器与模拟载波发生器同步。

优选：

01、设模拟载波信号的计数周期为T1PRD，模拟载波信号的当前计数值为t1cout；实际载波信号的计数周期为T2PRD，实际载波信号的当前计数值为t2cout，阈值为ξ，码值为θ；

02、将实际载波发生器发出的三角形载波信号变换成锯齿波形：

当实际载波信号处于增计数阶段时，锯齿波形的计数周期t′2cout等于T2PRD；

当实际载波信号处于减计数阶段时，锯齿波形的计数周期t'2cout为：

t'2cout＝2*T2PRD-t2cout；

03、采集模拟载波与实际载波变换后的载波信号的当前计数值，令参数t′1cout＝t1cout*Δf，Δf为模拟载波发生器芯片和实际载波发生器芯片内部工作频率的比值；

令参数Δt＝min(t1,t2,t3)

其中，t1＝t'2cout-t′1cout，t2＝2*T2PRD-t′2cout+t′1cout，t3＝2*T2PRD-t′1cout+t'2cout；

04、当Δt＞0且Δt＞ξ时：增大实际载波信号的下一次装载计数周期值T′2PRD，其中：T′2PRD＝T2PRD+θ；

当Δt＜0且Δt＜-ξ时，减小实际载波信号的下一次装载计数周期值T′2PRD，其中：T′2PRD＝T2PRD-θ；

05、通过1个PWM周期TPWM的修正，实际载波信号和模拟载波信号同步，在过零处重合开始计数，产生不断周期循环的三角波载波信号。

本发明的有益效果是：

第一、可实现柔性同步，同步过程中冲击小，能够有效控制并减少变流器并网环流，抑制各变流器并联后的交流电流谐波和并联谐振，满足灵活性和可靠性要求。

第二、抗干扰能力强，即使发生一次同步信号错误，对于系统冲击不大。

第三、各并联变流器模块之间相互独立控制，不存在主从机模式，单个模块退出，不影响其它变流器模块的正常工作。

第四、各变流器收到的同步脉冲信号异常或者同步使能信号异常时，相应的变流器单元会自动退出；当同步脉冲信号或同步使能信号恢复正常时，相应的变流器单元又会自动投入，并且自动退出和自动投入的过程对整个系统运行没有冲击。

附图说明

图1是本发明一种变流器并联时的载波同步系统的结构示意图；

图2是本发明变流器系统载波同步系统使用的应用场合图；

图3是本发明变流器系统实际载波计数波形的变换示意图；

图4是本发明变流器系统载波同步方法的原理图一；

图5是本发明变流器系统载波同步方法的原理图二；

附图的标记含义如下：

1：模拟载波发生器；2：实际载波发生器；3：调制波寄存器；4：PWM脉冲发生单元；5：同步信号输出单元；6：同步使能单元。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1所示，一种变流器并联时的载波同步系统，设共有n个变流器单元，各变流器单元并联，相互独立，则同步信号输出单元5分别与各个并联的变流器单元相连，同步信号输出单元向各变流器单元的模拟载波发生器1发出同步信号，以实现各个变流器单元中模拟载波发生器的同步。

每个变流器单元设置有以软件或硬件方式实现的模拟载波发生器1、实际载波发生器2、调制波寄存器3、PWM脉冲发生单元4和同步使能单元6，每个变流器单元的模拟载波发生器1与同步信号输出单元相连。其中，所述调制波寄存器存放变流器控制系统输出的正弦波或目标波形指令值，所述模拟载波发生器通过同步使能单元与实际载波发生器相连，实际载波发生器与模拟载波发生器同步，实现各个变流器模块之间的载波同步，产生与PWM周期相同、从零开始计数的对称三角波信号；所述PWM脉冲发生单元分别与实际载波发生器和调制波寄存器相连。PWM脉冲发生单元的输入为来自实际载波发生器的三角波和来自调制波寄存器的信号，两者比较形成输出脉冲信号，驱动IGBT模块的开通与关断，达到变流的作用。

优选，所述同步使能单元通过同步使能信号控制，当同步使能信号有效时，同步使能单元工作，每个变流器单元的实际载波发生器与模拟载波发生器进行同步，实现各个变流器单元之间的载波同步；否则，每个变流器单元的实际载波发生器与模拟载波发生器不进行同步。本发明的载波同步系统可以应用在图2所示的实际交流侧直接并联的变流器系统中。

各个变流器单元中模拟载波发生器的同步具体包括如下步骤：各模拟载波发生器收到同步信号输出单元的同步信号后，将载波计数值归零，并重新计数，产生不断循环的锯齿波载波信号。上述并联变流器单元收到的同步信号异常或者同步使能信号异常时，相应的变流器单元会自动退出；当同步信号异常或者同步使能信号恢复正常时，相应的变流器单元又会自动投入。上述模拟载波发生器收到的同步信号是一致的，产生的锯齿波载波信号从零开始计数的时刻也是一致的。

每个变流器单元的实际载波发生器与模拟载波发生器的同步具体包括如下步骤：所述实际载波发生器采集模拟载波发生器的载波信号的当前计数值并与实际载波发生器的载波信号的当前计数值进行比较，当二者差值大于整定值时，对实际载波信号的下一次装载计数周期值进行调整使得实际载波发生器与模拟载波发生器同步：

当上述两载波信号的当前计数值偏差大于整定值时，实际载波信号超前模拟载波信号；当上述两载波信号的当前计数值偏差小于负的整定值时，实际载波信号滞后模拟载波信号。根据超前或滞后状态对上述实际载波信号的下一次装载计数周期值进行微调，增加或减小一定的码值，该码值大小可根据需要进行设置。

当为上述超前状态时，增大上述实际载波信号的计数周期值一次，增大的值可设定，以使得实际载波向后微调移动；当为上述滞后状态时，减小上述实际载波信号的计数周期值一次，减小的值可设定，以使得实际载波向前微调移动，下面结合图3-5进行详细介绍：

01、设模拟载波信号的计数周期为T1PRD，模拟载波信号的当前计数值为t1cout；实际载波信号的计数周期为T2PRD，实际载波信号的当前计数值为t2cout，阈值为ξ，码值为θ；

02、为了方便比较两种载波信号的差异和计算，首先将实际载波发生器发出的三角形载波信号变换成锯齿波形：

当实际载波信号处于增计数阶段时，锯齿波形的计数周期t′2cout等于T2PRD；

当实际载波信号处于减计数阶段时，锯齿波形的计数周期t'2cout为：

t'2cout＝2*T2PRD-t2cout；

03、采集模拟载波与实际载波变换后的载波信号的当前计数值，因模拟载波发生器芯片和实际载波发生器芯片内部的工作频率不同，故需要对t1cout作处理，令参数t′1cout＝t1cout*Δf，Δf为模拟载波发生器芯片和实际载波发生器芯片内部工作频率的比值；

采集模拟载波与实际载波变换后的载波信号的当前计数值，比较以下t1、t2、t3三种差值的最小值，令参数Δt＝min(t1,t2,t3)

其中，t1＝t′2cout-t′1cout，t2＝2*T2PRD-t'2cout+t′1cout，t3＝2*T2PRD-t′1cout+t'2cout；

04、当Δt＞0且Δt＞ξ时：实际载波信号超前模拟载波信号，增大实际载波信号的下一次装载计数周期值T′2PRD，其中：T′2PRD＝T2PRD+θ，以使得实际载波向后微调移动，如图4所示；

当Δt＜0且Δt＜-ξ时，实际载波信号滞后模拟载波信号，减小实际载波信号的下一次装载计数周期值T′2PRD，其中：T′2PRD＝T2PRD-θ，以使得实际载波向前微调移动，如图5所示；

05、最后，通过1个PWM周期TPWM的修正，实际载波信号和模拟载波信号同步，在过零处重合开始计数，产生不断周期循环的三角波载波信号。之后在下一个PWM周期，三角载波信号返回原来的计数周期值T2PRD开始不断计数。

对应的，一种变流器并联时的载波同步方法，包括如下步骤：

步骤1、各模拟载波发生器收到同步信号输出单元的同步信号后，将载波计数值归零，并重新计数，产生不断循环的锯齿波载波信号；

步骤2、当同步使能信号有效时，同步使能单元工作，每个变流器单元的实际载波发生器与模拟载波发生器进行同步，进入步骤3；

步骤3、所述实际载波发生器采集模拟载波发生器的载波信号的当前计数值并与实际载波发生器的载波信号的当前计数值进行比较，当二者差值大于整定值时，对实际载波信号的下一次装载计数周期值进行调整使得实际载波发生器与模拟载波发生器同步，下面结合图3-5进行详细介绍：

01、设模拟载波信号的计数周期为T1PRD，模拟载波信号的当前计数值为t1cout；实际载波信号的计数周期为T2PRD，实际载波信号的当前计数值为t2cout，阈值为ξ，码值为θ；

02、将实际载波发生器发出的三角形载波信号变换成锯齿波形：

当实际载波信号处于增计数阶段时，锯齿波形的计数周期t'2cout等于T2PRD；

当实际载波信号处于减计数阶段时，锯齿波形的计数周期t'2cout为：

t'2cout＝2*T2PRD-t2cout；

03、采集模拟载波与实际载波变换后的载波信号的当前计数值，令参数t′1cout＝t1cout*Δf，Δf为模拟载波发生器芯片和实际载波发生器芯片内部工作频率的比值；

令参数Δt＝min(t1,t2,t3)

其中，t1＝t'2cout-t′1cout，t2＝2*T2PRD-t'2cout+t′1cout，t3＝2*T2PRD-t′1cout+t'2cout；

04、当Δt＞0且Δt＞ξ时：增大实际载波信号的下一次装载计数周期值T′2PRD，其中：T′2PRD＝T2PRD+θ；

当Δt＜0且Δt＜-ξ时，减小实际载波信号的下一次装载计数周期值T′2PRD，其中：T′2PRD＝T2PRD-θ；

05、通过1个PWM周期TPWM的修正，实际载波信号和模拟载波信号同步，在过零处重合开始计数，产生不断周期循环的三角波载波信号。

本发明提供了一种可靠的、准确的变流器并联系统载波同步系统和方法，减少了各变流器并联后的交流电流谐波，有效抑制并联谐振和并网环流，具有如下有益效果：

第一、可实现柔性同步，同步过程中冲击小，能够有效控制并减少变流器并网环流，抑制各变流器并联后的交流电流谐波和并联谐振，满足灵活性和可靠性要求。

第二、抗干扰能力强，即使发生一次同步信号错误，对于系统冲击不大。

第三、各并联变流器模块之间相互独立控制，不存在主从机模式，单个模块退出，不影响其它变流器模块的正常工作。

第四、各变流器收到的同步脉冲信号异常或者同步使能信号异常时，相应的变流器单元会自动退出；当同步脉冲信号或同步使能信号恢复正常时，相应的变流器单元又会自动投入，并且自动退出和自动投入的过程对整个系统运行没有冲击。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。