一种并联发电系统的控制方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种并联发电系统的控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着技术的发展，电源供电系统的功率越来越大，面对电流应力、热应力及选择价 格昂贵的高功率等级的功率开关器件等问题，传统的单电源供电已经不能满足要求。为满 足电气系统的可靠性、效率和功率密度的要求，通常采用多个发电系统并联发电的方式。并 联发电系统一般由多个配置相同的模块并联构成，每个模块均由功率电路和控制电路构 成，功率电路又叫主电路，用于传输动力系统的功率，控制电路用于控制主电路，各模块只 在负载处结合，发出相同的电压。
[0003] 在并联发电系统中，通常考虑两方面问题，一是为保证系统可靠性，采用冗余结 构，另一是各模块的电流分配。由于并联发电系统中各并联模块特性和参数难以一致，会造 成模块电流不均，大负载时，输出电流大的模块长期可能工作于重载状态，导致模块故障率 提高，因此在并联发电中，需要采取措施保证各个模块同步运行，使系统稳定可靠地工作， 充分发挥并联系统的优点。
[0004] 当前并联发电系统的控制方式一般分为集中式控制、主从控制和无互联信号线独 立控制方案，如图1所示，集中式控制带有独立的集中控制器J01，所有模块J〇4、J05接收 集中控制器发出的同步PWM信号J02、J03，然而集中控制器发出的PffM信号与各个模块之 间通过线缆传输，可靠性差，集中控制器一旦故障，系统出现瘫痪，无法具有冗余功能，另一 方面传输线缆的长短影响PWM信号的同步，所以各模块难以真正实现均流。与集中控制方 式比较，主从控制方式具有一定的优点，它没有集中控制器，主从控制方式由若干模块并联 而成，并在其中选择一个作为主模块，其余作为从模块跟随主模块工作，所以从模块通过各 自的控制通道，使得所有模块分担相同负载电流。但是主从控制方式也有一些不足：主模块 一旦出现故障，整个系统将会瘫痪，不适于冗余并联系统。
[0005] 与前两种控制方式比较，无互联信号线独立控制方式不需要并联系统中各模块之 间的控制连接线，各模块独立运行，通过负载有功功率、无功功率的均分实现的均流，但是 由于线路阻抗的存在，无功功率将得不到很好的均分，所以均流效果受到一定的限制，而且 这种方式实现过程复杂，或占用很高的CPU资源。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术可靠性差、系统无法冗余的缺点，提出一种新的 用于并联发电系统的控制方法。本发明每个模块都有独立的控制通道，是在传统电压外环、 电流内环双闭环的基础上，无需增加硬件检测电路，也无需复杂的算法，只在电压外环后添 加一个均流调节器，通过均流调节器的处理，取得较好的均流效果，使得系统具有冗余功 能。
[0007] 所述的双闭环控制既能控制最终的输出电压，又能控制最大输出电流。电压环、电 流环分别采用PI调节器。电压环中给定输出电压参考值，与实际采集的输出电压作差，经 过电压调节器后，其输出值作为输出电流给定值；同理，输出电流给定值与采集的输出电流 作差，经过电流调节器后，输出PffM信号，用于驱动主电路。所以，经过双闭环控制，输出电 压最后跟踪电压环中给定的输出电压参考值，输出电流跟踪输出电流给定值。
[0008] 本发明基于传统电压外环、电流内环双闭环控制，在电压外环后添加了均流调节 器。应用本发明的并联发电系统，没有主从模块的区分，每个模块都有独立的控制通道，从 而避免了主从模块切换带来的问题。每个控制通道包括电压调节器、均流调节器、电流调节 器、PWM发生器、采样模块和信号处理模块。在控制通道中，信号的传输方向为：在电压调节 器中给定输出电压参考值，电压调节器将给定的输出电压参考值与实际采集的输出电压作 差经电压调节器理，电压调节器的输出值与均流调节器输出的校正电流相加，一起作为输 出电流给定值，电流调节器将输出电流给定值与采集的输出电流作差，最后输出PWM信号， 用于驱动主电路。
[0009] 并联发电系统中，每个模块上传自身的输出电流至通讯总线，同时通过通讯总线 接收其他模块自身的输出电流，每个模块根据通讯总线上各模块的自身输出电流计算系统 平均电流，系统平均电流与模块自身的输出电流作差，经均流调节器的调节，以均流调节器 的输出值作为校正电流。该校正电流与电压调节器的输出值相加作为输出电流给定值。正 常工作时，电压调节器的输出值为一常量，只有通过校正电流来调节输出电流给定值，便可 使输出电流给定值与系统平均电流相等。经过均流调节器和电流调节器，各模块输出电流 实时跟踪系统平均电流，从而各模块自动实现均流。当其中某个模块发生故障时，故障模块 关闭通讯，自动退出并联系统，其他模块也不再接收该故障模块输出电流值。相应的，其余 模块在计算平均电流时，也会剔除该故障模块的输出电流值，重新得到新的系统平均电流， 所以其中一个模块发生故障时并不影响其他模块的运行，从而提高了运行的可靠性，使得 系统具有冗余功能。
[0010] 本发明控制方法如下：
[0011] 并联系统中的各模块将采集的自身输出电流值送到通讯总线，并且接受通 讯总线上其他模块的输出电流值，同时对所有模块的自身输出电流求和取平均值 7 = + 7为系统平均电流，I2为各模块输出电流，N为并联系统的模块总数。 在均流调节器中，系统平均电流?与各模块输出电流1:或12作差，经均流调节器后输出，作 为校正电流。校正电流与电压调节器输出值相加作为输出电流给定值。所有模块的输出电 流给定值都由校正电流和电压调节器输出值两部分组成。当模块的输出电流与系统平均电 流相等时，校正电流为零；当某一模块的输出电流大于系统平均电流时，校正电流为负值， 该模块输出电流给定值减小，再通过电流内环的调节，使得该模块输出电流跟踪输出电流 给定值，最后在均流调节器和电流调节器的作用下，该模块输出电流等于系统平均电流。当 某一模块的输出电流小于系统平均电流时，输出校正电流为正值，该模块输出电流给定值 增大，再通过电流内环的调节，使得该模块输出电流跟踪输出电流给定值，最后在均流调节 器和电流调节器的作用下，该模块输出电流等于系统平均电流。
[0012] 正常工作时，电压调节器的输出值为一常量，只有通过校正电流来调节输出电流 给定值。各模块的输出电流与系统平均电流比较有偏差时，通过均流调节器输出校正电流， 从而调节输出电流给定值，使得输出电流给定值等于系统平均电流。最后再通过电流调节 器的作用，使得各模块的输出电流与输出电流给定值相等，各模块保持了同步操作。当某一 模块出现故障，该模块的通讯立即关闭，自动退出并联系统，不会影响系统的正常工作。其 他模块也不再接收故障模块输出电流值。相应的，其他各模块在计算系统平均电流时，也会 剔除故障模块的输出电流值，重新得到新的系统平均电流，各模块通过均流调节器和电流 调节器的作用，重新跟踪新的系统平均电流，最后实现均流输出，实现了并联发电系统的冗 余功能。
[0013] 与现有技术相比，各模块均有独立的控制通道，且各模块的发电和均流控制方式 一致，控制算法简单，没有主从区分，各模块输出电流等于系统平均电流，可实现各模块的 同步控制，均流控制易于实现，控制精度和稳定性均较好，且不受并联模块数的影响，容量 扩展灵活。另外当其中一个模块出现故障时，并不影响其他模块的运行，提高了系统的可靠 性。
【附图说明】
[0014] 图1为现有的集中式控制方式示意图；
[0015] 图2为应用本发明的并联发电系统运行系统图；
[0016] 图3为本发明控制方式流程图。
[0017] 图中：JOl集中控制器，J02、J03集中式控制方式中的同步信号，J04、J05集中式 控制方式中的模块，101、102、103、104模块1、模块2、模块3、模块4,105模块1的电压调节 器、106模块2的电压调节器、107模块3的电压调节器、108模块4电压调节器，109模块1 的均流调节器、110模块2的均流调节器、111模块3的均流调节器、112模块4的均流调节 器，113模块1的电流调节器、114模块2的电流调节器、115模块3的电流调节器、116模块 4的电流调节器，117模块1的PffM发生器、118模块2的PffM发生器、119模块3的PffM发 生器、120模块4的PffM发生器，121模块1的信号处理模块、122模块2的信号处理模块、 123模块3的信号处理模块、124模块4的信号处理模块，125模块1的采样模块、126模块2 的采样模块、127模块3的采样模块、128模块4的采样模块，129模块1主电路、130模块2 主电路、131模块3主电路、132模块4主电路，133模块1控制通道、134模块2控制通道、 135模块3控制通道、136模块4控制通道，137通讯总线，138并联发电系统。
【具体实施方式】
[0018] 以下结合附图和【具体实施方式】进一步说明本发明。
[0019] 以下以DC/DC并联发电系统的控制方法为例说明本发明的具体控制步骤。
[0020] 图2为应用本发明的并联发电系统。如图2所示，该并联发电系统138由四个模 块101、102、103和104并联组成，各模块之间通过通讯总线137连接，每个模块包含独立的 控制通道，各控制通道基于电压外环，电流内环的双闭环控制方法，在此基础上添加了均流 调节器，均流调节器作为电压环的内环。均流调节器的输出值为校正电流，输