专利名称：并联变换器系统的开关同步方法
技术领域：
本发明涉及并联变换器系统，更具体地说，涉及多台并联变换器组成并联变换器系统工作时，在各种工况下保持开关同步的方法。
方法二是对并联逆变器采用分散控制，开关频率恒定，对高频环流不处理，这时逆变器之间的开关行为在图3所示的两种状态之间滑动。在图3所示的状态1中，当不同逆变器开关频率完全同步时，逆变器之间高频电压差为零，所以没有高频环流；在图3所示的状态2中，当不同逆变器开关波形完全反向时，逆变器之间高频电压差最大，所以高频环流达到最大。这两种状态之间的滑动频率由晶振精度决定，一般需要数秒时间能够完成一次循环。这种方法的缺点是环流大小在一段时间内变化，并且在上述状态2中，环流会很大，往往导致输出电压稳波大，而且有波动，滤波电容电流大，容易导致温度过高。
方法三是并联逆变器采用分散控制，但开关频率采用变频控制，目前主要是采用这种方法，即各逆变器的开关频率在不停的变化，这时在工频周期中，逆变桥大多数输出状态介于图3两种状态之间，这样实质上将图3所示的状态1和状态2下的高频环流加以平均化，其环流的大小由逆变器滤波电感决定。这种方法的缺点是开关频率变化大，不容易控制，并且仍然存在较大高频环流。
本发明的技术方案在于，构造一种并联变换器系统的开关同步方法，其特征在于，将其中一个变换器设为主机，其余变换器都设为从机，所述主机变换器中设有一个第一计时器及一个脉冲发送装置，所述从机变换器中设有一个第二定时器、一个脉冲沿捕获装置以及一个同步调节器，所述变换器系统按以下步骤进行开关同步主机变换器中的第一定时器在一个固定时刻Tk1通过所述脉冲发送装置向同步总线上发送同步脉冲；从机变换器中的所述第二定时器记录所述捕获装置从同步总线上接收到所述同步脉冲沿的时刻Tx；所述同步调节器根据所述Tk1和Tx实施同步算法，调节从机变换器中的第二定时器使之与主机变换器中的第一定时器同步，然后按预定协议调节从机变换器中的开关载波定时器，使之与主机变换器中的开关载波定时器同步。
根据本发明所述的方法，当变换器中只有一个定时器时，主机变换器中的第一定时器同时作为该变换器的开关载波定时器；从机变换器中的第二定时器同时作为该变换器的开关载波定时器。当所述同步调节器将从机变换器中的第二定时器调节到与主机变换器中的第一定时器同步的同时，也就实现了主从变换器的开关载波定时器的同步。
根据本发明所述的方法，在每一个变换器中还可增设一个定时器作为该变换器的开关载波定时器，主机变换器中的第一定时器与开关载波定时器之间、从机变换器中的第二定时器与开关载波定时器之间的关系服从预定的第一协议。其中，所述第一协议可规定主机变换器中的第一定时器与开关载波定时器之间保持同步；同一从机变换器中的第二定时器与开关载波定时器之间保持同步。也可以规定主机变换器中的开关载波定时器超前或滞后于第一定时器一个固定时间；同一从机变换器中的开关载波定时器超前或滞后于第二定时器一个固定时间。
根据本发明所述的方法，可以在所述主机变换器中增设一个第二定时器，同时在所述从机变换器中增设一个第一定时器；同一变换器中的第一定时器与第二定时器保持同步，两者之间的关系服从预定的第二协议。当所述同步调节器将从机变换器中的第二定时器调节到与主机变换器中的第一定时器同步的同时，从机变换器中的第一定时器也被调节到与主机变换器中的第一定时器同步，从而实现了主从变换器的开关载波定时器的同步。
根据本发明所述的方法，当变换器中有两个定时器时，所述第二协议规定将第二定时器配置为单调计数模式，如果同一变换器中的第一定时器配置为上升/下降计数模式，则第二定时器的周期为第一定时器周期的2倍；如果同一变换器中的第一定时器配置为单调上升或单调下降计数模式，则第二定时器的周期与第一定时器的周期相同。
根据本发明所述的方法，当变换器中有两个定时器时，每一个变换器中的第一定时器同时作为该变换器的开关载波定时器。
将本发明的方法应用于并联UPS中，能够有效地实现并联变换器之间开关保持同步，抑制并联变换器之间的高频环流。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
其中，第一定时器Timer1的定时周期为Tp，可配置为上升/下降计数模式，也可配置为单调上升模式或者单调下降模式。
主机变换器中的Timer1在某个固定时间Tk1向同步总线发送同步脉冲，此处的时间Tk1一般可选定时器计数为0或定时器计数到定时周期等时刻，发送同步脉冲的速度可以固定也可以变化。并且一般为了简单，第一定时器Timer1同时作为变换器开关载波定时器。
本发明中需要将第二定时器Timer2配置为单调上升计数模式或者单调下降模式，为了简单一般将第一定时器与第二定时器保持同步，即第一定时器与第二定时器同时开始计数，可以同时从零开始累加计数，也可以一个从零开始累加计数的同时另一个从最大值开始减法计数，Timer2的定时周期由Timer1决定，如果Timer1配置为上升/下降计数模式，则Timer2的定时周期设定为2Tp；如果Timer1配置为单调上升或单调下降计数模式，则Timer2的定时周期与Timer1相同，设定为Tp。
如图5所示，捕获装置CAPTURE可从同步总线上接收同步脉冲沿(上升或下降沿)，并记录此时Timer2的计数Tx。从图5中可以看出，主机向同步总线发送同步脉冲，从机从同步总线上接收同步脉冲信号。
同步算法控制器如图6所示，它计算Tx与Tk1时间差ΔT＝Tx-Tk1，利用P调节、PI调节或其他复杂调节器在定时周期Tp基础之上微调从机变换器的载波周期Tp’，使Tp’＝Tp+f(△T)，利用同步调节器微调节并联变换器中的从机开关载波定时周期，以同步载波的方法实现从机开关与主机开关的同步。同步算法控制器会因为第二定时器的配置不同而要求有所改变。
本发明实施例一中以并联逆变器系统为例，下面具体说明其工作过程。
如图7所示，两个单相逆变器并联系统，直流母线电压为2Vdc，L、C为逆变器滤波电容，C1为母线滤波电容，K1和K2为逆变器1的两个开关，K1’和K2’为逆变器2的两个开关。从机开关周期滞后于主机，为了减小两个逆变器之间的环流，需要控制开关K1和K1’，K2和K2’保持动作一致。
如图8a所示为K1和K1’，K2和K2’动作一致的情况，此时两个逆变器同时向负载供能，相互之间没有高频电流；如图8b所示为K1和K1’，K2和K2’动作不一致的情况，此时在两个滤波电感之间有2Vdc的压降，必然导致两个逆变器之间有较大的高频环流。
在本实施例中，每一台逆变器中的第一定时器同时作为开关载波定时器，如果实现了并联逆变器系统中每台逆变器第一定时器的同步，也就可以实现开关的同步。
并联逆变器系统中，每台逆变器第一定时器设定为上升/下降计数模式，计数周期为Tp，第二定时器设定为单调上升计数模式，计数周期为2Tp。
1、同步信号产生如图9所示，图中作为主机的逆变器1只画出Timer1，而作为从机的逆变器2画出了Timer1和Timer2(以虚实线区分)，并且Timer1和TImer2同时从零开始计数，本发明的最终目的是实现主机Timer1和从机Timer1在同步控制后的下一个开关周期进行同步。
首先，主机逆变器中的脉冲发送装置在第一定时器的固定时间Tk1＝Tp时，以固定的或变化的周期向同步总线发出同步脉冲。
2、同步信号接收如图9所示，所有从机逆变器第二定时器周期为2Tp，都利用捕获装置在同步总线上捕获同步脉冲沿信息，并记录此时从机中第二定时器的时间状态Tx＝T1。
3、从机实施同步算法所有的从机逆变器实施同步算法，调整其开关载波周期，从而实现与主机开关同步，调整的具体过程如下计算捕获记录时间Tx与Tk1之差ΔTΔT＝Tx-Tk1＝T1-Tp利用P调节在定时载波定时周期Tp基础之上微调从机逆变器的载波周期Tp’，为了实现调整后的下一开关周期实现载波同步，可取比例调节系数Kp＝0.5Tp’＝Tp+Kp*ΔT＝TP+(T1-Tp)/2＝(T1+Tp)/2
从图9可以看出，从机第一定时器在调整后的下一开关周期就可以实现同步，从而实现开关载波的同步。
本发明实施例二中以并联整流器系统为例，下面具体说明其工作过程。
如
图10所示，两个单相整流器并联系统，L1和L2，L1’和L2’分别为两个整流器电感，K1、K2、K3、K4和K1’、K2’、K3’、K4’分别为两整流器整流器开关，C为滤波电容。从机开关周期滞后于主机，为了减小两个整流器之间的能量流动，需要将两个整流器对应开关同时驱动。
在图11a中，K1与K1’，K4与K4’同时驱动，则整流器之间没有能量流动；在图11b中，K1与K1’，K4与K4’不同步，则整流器1电感L1通过K1，K3’与整流器2电感L2’之间有能量流动，即两个整流器之间存在环流。
本实施例中，每台整流器以第一定时器为开关载波定时器，并且同时作为主机发送同步脉冲时刻控制，那么实现并联整流器系统中每台整流器第一定时器同步就可以实现开关的同步。
并联整流器系统中，每台整流器第一定时器设定为上升/下降计数模式，计数周期为Tp，第二定时器设定为单调下计数模式，计数周期为2Tp。
1、同步信号产生如图12所示，图中作为主机的整流器1只画出Timer1，而作为从机的整流器2画出了Timer1和Timer2，并且Timer1和TImer2保持同步，其中Timer1从零开始上升，Timer2从2×Tp开始下降，最终目的是实现主机Timer1和从机Timer1在同步控制后的下两个开关周期进行同步。
首先，主机整流器中的脉冲发送装置在第一定时器的固定时间Tk1＝Tp以固定的或变化的周期向同步总线发出同步脉冲。
2、同步信号接收如图12所示，所有从机整流器第二定时器周期为2×Tp，都利用捕获装置在同步总线上捕获同步脉冲沿信息，并记录此时从机中第二定时器的时间状态Tx＝T1。
3、从机实施同步算法所有的从机整流器实施同步算法，调整其开关载波周期，从而实现与主机开关同步，调整的具体过程如下计算捕获记录时间Tx与Tk1之差△T△T＝Tx-Tk1＝T1-Tp利用P调节在定时载波定时周期Tp基础之上微调从机整流器的载波周期Tp’，为了实现调整后的下两个开关周期载波同步，可取比例调节系数Kp＝0.25Tp’＝Tp+Kp*△T＝TP+(Tp-T1)/4＝(5*Tp-T1)/4从图12可以看出，从机第一定时器在调整后的下两周期就可以实现同步，从而实现开关载波的同步。
在上面的实施例中，每一个逆换器或整流器中同时设有两个定时器，实际上在每个变换器中只设一个定时器也可实现同步，下面以图7所示并联逆变器系统为例，具体说明本发明每个逆变器只有一个定时器的工作过程，也就是说主机中只有一个第一定时器，从机中只有一个第二时器。
主机逆变器中的第一定时器通过脉冲发送装置发送同步脉冲时刻控制，并且同时作为主机开关载波定时器；从机中的第二时器同时作为从机开关载波定时器。如果实现了从机逆变器第二定时器与主机逆变器第一定时器的同步，也就可以实现开关的同步。
其中，从机逆变器中以第二定时器记录脉冲捕获装置从同步总线上捕获到脉冲沿的时刻，每台逆变器中的定时器都设定为单调上升计数模式，计数周期为Tp(固定不变)。
1、同步信号产生如图13所示，被设为主机的逆变器1中的脉冲发送装置在第一定时器的固定时间Tk1＝Tp以固定的或变化的周期向同步总线发出同步脉冲。
2、同步信号接收如图13所示，从机逆变器2利用捕获装置在同步总线上捕获同步脉冲沿信息，并记录此时从机中第二定时器的时间状态Tx＝T1。
3、从机实施同步算法从机逆变器2实施同步算法，调整其开关载波周期，从而实现与主机开关同步，调整的具体过程如下计算捕获记录时间Tx与Tk1之差△T＝Tx-Tk1＝T1-Tp利用P调节在定时载波定时周期Tp基础之上微调从机逆变器的载波周期Tp’，为了实现调整后的下一开关周期实现载波同步，可取比例调节系数Kp＝1Tp’＝Tp+Kp*△T＝TP+(T1-Tp)＝T1从图13可以看出，从机第二定时器在调整后的下一开关周期就可以实现同步，从而实现开关载波的同步。
本发明的方法并不限于上述的实施例，例如在实施例三中，还可以在每一个逆变器中增设一个定时器作为该逆变器的开关载波定时器，主机逆变器中的第一定时器与开关载波定时器之间、从机逆变器中的第二定时器与开关载波定时器之间的关系服从预定的第一协议。其中，所述第一协议可规定主机逆变器中的第一定时器与开关载波定时器之间保持同步；同一从机逆变器中的第二定时器与开关载波定时器之间保持同步。也可以规定主机逆变器中的开关载波定时器超前或滞后于第一定时器一个固定时间；同一从机逆变器中的开关载波定时器超前或滞后于第二定时器一个固定时间。
权利要求
1.一种并联变换器系统的开关同步方法，其特征在于，将其中一个变换器设为主机，其余变换器都设为从机，所述主机变换器中设有一个第一计时器及一个脉冲发送装置，所述从机变换器中设有一个第二定时器、一个脉冲沿捕获装置以及一个同步调节器，所述变换器系统按以下步骤进行开关同步主机变换器中的第一定时器在一个固定时刻Tk1通过所述脉冲发送装置向同步总线上发送同步脉冲；从机变换器中的所述第二定时器记录所述捕获装置从同步总线上接收到所述同步脉冲沿的时刻Tx；所述同步调节器根据所述Tk1和Tx实施同步算法，调节从机变换器中的第二定时器使之与主机变换器中的第一定时器同步，然后按预定协议调节从机变换器中的开关载波定时器，使之与主机变换器中的开关载波定时器同步。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主机变换器中的第一定时器同时作为该变换器的开关载波定时器；从机变换器中的第二定时器同时作为该变换器的开关载波定时器。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在每一个变换器中，还设有一个定时器作为该变换器的开关载波定时器，主机变换器中的第一定时器与开关载波定时器之间、从机变换器中的第二定时器与开关载波定时器之间的关系服从预定的第一协议。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一协议规定主机变换器中的第一定时器与开关载波定时器之间保持同步；同一从机变换器中的第二定时器与开关载波定时器之间保持同步。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一协议规定主机变换器中的开关载波定时器超前或滞后于第一定时器一个固定时间；同一从机变换器中的开关载波定时器超前或滞后于第二定时器一个固定时间。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述主机变换器中增设一个第二定时器，同时在所述从机变换器中增设一个第一定时器；同一变换器中的第一定时器与第二定时器保持同步，两者之间的关系服从预定的第二协议。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二协议规定将第二定时器配置为单调计数模式，如果同一变换器中的第一定时器配置为上升/下降计数模式，则第二定时器的周期为第一定时器周期的2倍；如果同一变换器中的第一定时器配置为单调上升或单调下降计数模式，则第二定时器的周期与第一定时器的周期相同。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，每一个变换器中的第一定时器同时作为该变换器的开关载波定时器。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述同步算法为Tp’＝Tp+f(△T)，Tp为所述载波定时器周期，Tp’为微调后的载波定时器周期，△T＝Tx-Tk1，且f(0)＝0。
10.根据权利9所述的方法，其特征在于，所述同步调节器为PI调节或P调节。
全文摘要
本发明涉及一种并联变换器系统的开关同步方法，其中一个变换器为主机，其余变换器为从机，主机变换器中设有第一计时器及脉冲发送装置，从机变换器中设有第二定时器、脉冲沿捕获装置以及同步调节器，该变换器系统按以下步骤进行开关同步主机变换器中的第一定时器在一个固定时刻Tk1通过所述脉冲发送装置向同步总线上发送同步脉冲；从机变换器中的所述第二定时器记录所述捕获装置从同步总线上接收到所述同步脉冲沿的时刻Tx；所述同步调节器根据所述Tk1与Tx之间的关系，调节从机变换器中的第二定时器使之与主机变换器中的第一定时器同步，然后按预定协议调节从机变换器中的开关载波定时器，使之与主机变换器中的开关载波定时器同步。
文档编号H02M3/04GK1430325SQ01130178
公开日2003年7月16日 申请日期2001年12月31日 优先权日2001年12月31日
发明者盛小军, 周党生 申请人:艾默生网络能源有限公司