专利名称：一种逆变器并联控制方法及逆变器的制作方法
技术领域：
本发明涉及UPS电源，尤其涉及一种逆变器并联控制方法及装置。
背景技术：
随着信息技术(IT)技术的发展，IT设备对电源的可靠性要求越来越高。为了适应IT设备对电源的高要求，大容量不间断电源(UPS) —般采用可并联冗余方式，以增加系统的可靠性。
在UPS的并联系统中，为保障系统的可靠运行，要求并联的各UPS均分负载电流。在传统的UPS逆变器的并联方法中，为了达到均分负载电流的目的，在并联的各UPS间需要一根负载平均电流模拟信号线，各逆变器实时采样本模块输出的负载电流和并机系统的负载平均电流信号来控制并联系统的均流。对三相的UPS而言，就有三根负载平均电流模拟信号线。
但这种方法会存在以下几个缺点
1) 在并机系统间传输负载平均电流模拟信号的信号线抗干扰能力差，所反馈的信息失真，易产生控制误差；
2) 为了提高系统的可靠性，参与并联的各UPS的控制单元间是电气隔离的，为了获取负载平均电流信号，需要大量的电流互感器，增加了系统成本；
3) 当传输负载平均电流模拟信号的信号线出现故障时，系统的均流控制将会失控，并机间将会出现大的环流，逆变器并联系统将会崩溃。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术中存在的并机系统间传输负载平均电流模拟信号的信号线抗干扰能力差易产生控制误差、且因需要大量的电流互感器而造成系统成本高和并联系统可靠型低的缺陷，提供一种逆变器并联控制的方法。
与本发明的方法相对应，本发明还提供一种逆变器，其可以采用本发明的方法，在逆变器并联系统中控制各个逆变器的输出电压幅值、相位和输出电压直流分量，以对负载进行均分。
本发明解决技术问题所采用的技术方案为，提供一种逆变器并联控制方法，用于在包含多个逆变器的逆变器并联系统中控制各个逆变器的输出电压
幅值、相位和输出电压直流分量，以对负载进行均分；所述方法包括以下步骤
A、 在所述多个逆变器的每一个逆变器中采样计算本逆变器的瞬时输出有功功率《和无功功率0";
B、 在所述每一个逆变器中对本逆变器的瞬时输出有功功率尸 和无功功率^"进行滤波处理，得到输出有功功率的滤波值尸"F^和无功功率的滤波值
C、 在逆变器并联系统间传输每个逆变器的输出有功功率的滤波值
P"自r和输出无功功率的滤波值g"自r ，并计算出逆变器并联系统的输出有功功率的平均值^旨和输出无功功率的平均值OFi旨；
D、 在所述每一个逆变器中利用本逆变器的瞬时输出有功功率《和无
功功率C"、输出有功功率的滤波值P"F^和无功功率的滤波值^Fi旨、以及逆
变器并联系统的输出有功功率的平均值^F^和输出无功功率的平均值Of ，产生本逆变器均流控制的电压幅值调节信号A「和角度调节信号AP;
E、 在所述每一个逆变器中利用所述电压幅值调节信号A「和角度调节
信号A^，结合输出电压的幅值设定值^/和角度参考值^/，得到本逆变器的输出电压幅值和角度的瞬时给定值F^'和《eg ;
F、 在所述每一个逆变器中采样本机输出电流的直流分量，对输出直流
环流进行控制，得到本逆变器输出电压直流分量的控制给定值^W ;
G、 根据步骤E、 F中得到的输出电压幅值和角度的瞬时给定值J^/和《-。'、输出电压直流分量的控制给定值F^^以及逆变器输出电压的反馈量产生调节逆变器输出电压的控制信号PWM脉冲。
在本发明所述逆变器并联控制方法中，所述步骤A包括对于单相系统，
计算一个工频周期内的输出有功和无功功率；或者对于三相系统，计算dq0坐标下的瞬时有功功率和无功功率。
在本发明所述逆变器并联控制方法中，所述步骤C中在逆变器并联系统
间传输每个逆变器的输出有功功率的滤波值P"Fmer和输出无功功率的滤波值
^w包括所述多个逆变器中的每一个逆变器向逆变器并联系统中的其它逆
变器广播本机的输出有功功率的滤波值《Fmer和输出无功功率的滤波值2w，并接收所述其它逆变器广播的输出有功功率的滤波值《Fi^和输出无功功率的
滤波值0^b。
在本发明所述逆变器并联控制方法中，所述步骤D包括Dl:根据本逆变器输出瞬时有功功率P"和无功功率C"，计算输出电压幅值和角度的下垂控制量；
D2:根据逆变器并联系统输出有功功率的平均值g:和无功功率的平均
值[，i十算输出电压幅值和角度的补偿控制i;
D3:根据逆变器并联系统输出有功功率的平均值和无功功率的平均
值[、本逆变器输出有功功率的滤波值P"F^和输出无功功率的滤波值O^ter ，计算逆变器并联系统环流的比例积分控制量；
D4:由下垂控制量、补偿控制量和比例积分控制量产生逆变器均流控制的电压调节信号A「和角度调节信号A^ 。
在本发明所述逆变器并联控制方法中，所述步骤E包括
El:计算电压幅值调节信号AK和逆变器输出电压幅值的给定值之间的第
一和值，得到本逆变器的输出电压幅值的瞬时给定值p^';
E2:计算角度调节信号A^和逆变器输出电压角度的给定值之间的第二和
值，得到本逆变器的输出电压角度的瞬时给定值《eg。
在本发明所述逆变器并联控制方法中，所述步骤F包含Fl:采样输出电流的直流分量的反馈值/^
F2:计算输出电流直流分量的给定值和输出电流的直流分量的反馈值的差值；
F3:对所述差值进行比例积分，得到输出电压直流分量的控制给定值F 。
'Are/ °
在本发明所述逆变器并联控制方法中，所述输出电流直流分量的给定值为o。
本发明解决技术问题所采用的另一技术方案为，提供一种逆变器，其中
包括逆变器输出控制装置，所述逆变器输出控制装置包括逆变器并联控制单元，其包括
用于采样计算本逆变器的瞬时输出有功功率《和无功功率a的装
置；
用于对本逆变器的瞬时输出有功功率《和无功功率a进行滤波处
理，得到输出有功功率的滤波值尸 ^ 和无功功率的滤波值0^旨的装置；
用于在逆变器并联系统间传输每个逆变器的输出有功功率的滤波值C和输出无功功率的滤波值a^^，并计算出逆变器并联系统的输出有
功功率的平均值[和输出无功功率的平均值^;的装置；
用于利用本逆变器的瞬时输出有功功率p"和无功功率^"、输出有功
功率的滤波值P"F^和无功功率的滤波值0^er、以及逆变器并联系统的瑜
出有功功率的平均值[和输出无功功率的平均值^:，产生本逆变器
均流控制的电压幅值调节信号A「和角度调节信号A^的装置；
用于利用所述电压幅值调节信号A「和角度调节信号，结合输出
电压的幅值设定值F^和角度参考值&,，得到本逆变器的输出电压幅值和角度的瞬时给定值和《eg的装置；
用于采样本机输出电流的直流分量，对输出直流环流进行控制，得到
本逆变器输出电压直流分量的控制给定值K^《的装置；
及逆变器控制单元，用于根据逆变器并联控制单元输出的输出电压幅
值和角度的瞬时给定值和、输出电压直流分量的控制给定值以及逆变器输出电压的反馈量产生调节逆变器输出电压的控制信号P丽脉冲。
9在本发明所述的逆变器中，所述采样计算本逆变器的瞬时输出有功功率《和无功功率a包括对于单相系统，计算一个工频周期内的输出有功和无功功率；或者对于三相系统，计算dqO坐标下的输出电压和输出电流。
在本发明所述的逆变器中，所述在逆变器并联系统间传输每个逆变器的
输出有功功率的滤波值《FiUer和输出无功功率的滤波值"Fmer包括所述多个逆
变器中的每一个逆变器向逆变器并联系统中的其它逆变器广播本机的输出有功功率的滤波值《H旨和输出无功功率的滤波值o^^，并接收所述其它逆变器
广播的输出有功功率的滤波值《Fi旨和输出无功功率的滤波值"F^。
实施本发明的方法，由于采用数字传输方式，不易受外界因素的干扰，
能够较精确地控制逆变器并联系统中各逆变器的输出；且因无需大量的电流
互感器，使得系统硬件成本较小。也就是说本发明用于逆变器并联系统的控制，提高了系统的抗干扰能力、大大增强了系统的可靠性，同时也降低了系统硬件成本。
以下结合附图通过具体实施方式
对本发明做进一步说明。
图1是根据本发明实施例的逆变器及其控制装置的示意图；图2是根据本发明一实施例的逆变器并联系统的示意图；图3是根据本发明实施例的逆变器并联控制方法的流程图；图4A-4C是根据本发明逆变器并联控制方法中计算控制量的一实施例的示意图。
具体实施例方式
本发明的设计构思是在逆变器并联系统中，各个逆变器对本逆变器的输出进行采样、处理，并结合其它逆变器的输出采样信息，通过计算处理得出对本逆变器的输出控制量。在本发明中，各逆变器之间的信息是通过数字信号形式进行传输的，其受外界环境的影响小。例如作为选择，信号的传输方式可通过有线连接或无线连接进行。在本发明的实施例中，每个逆变器都连接有控制单元。如图1所示，逆
变器10连接有逆变器控制单元12和逆变器并联控制单元14。逆变器控制单 元12和逆变器并联控制单元14从逆变器的输出中采样，并由逆变器并联控 制单元14对采样信息进行处理后，产生控制信号(即r^和《eg及^—，后面 将对其作详细说明)，并将其发送给逆变器控制单元12。逆变器控制单元12 根据控制信号^'和《eg及K^以及逆变器输出电压的反馈量生成PWM控制信 号，用以调整逆变器输出电压lt。
图2是根据本发明一实施例的逆变器并联系统的示意图。如图2所示， 逆变器并联系统20包含逆变器1、逆变器2……、逆变器n。每个逆变器都带 有一个控制单元，这些控制单元通过通信控制信号线互连(如实线所示)。虚 线为功率线互连线。
在本发明的其它实施例中，可将通信控制信号线互连组合成一个环行， 使得任何一条线断掉都不会影响系统正常工作。当然，若要求不高也可以不 接成环形。
作为另一选择，还可采用无线方式在各逆变器的控制单元之间通信。如 本领域技术人员所知，这种情况下需要在各逆变器的控制单元配置无线通信 收发装置。
图3是根据本发明实施例的逆变器并联控制方法的流程图。如图3所示， 本发明逆变器并联控制方法包括在每个逆变器中进行如下步骤
A、 采样计算本逆变器的瞬时输出有功功率《和无功功率a;
B、 对本逆变器的瞬时输出有功功率和无功功率进行滤波处理得到输 出有功功率的滤波值P"F^和无功功率的滤波值0"Fi旨；
C、 通过通讯，在逆变器并联系统间传输本机的输出有功功率的滤波值
户"刚er和输出无功功率的滤波值g",，并综合得到逆变器并联系统的输出有功
功率的平均值^旨和输出无功功率的平均值On旨；
D、 利用本逆变器的瞬时输出有功功率P"和无功功率C"、输出有功功
率的滤波值《F^和无功功率的滤波值g"F^、逆变器并联系统的输出有功功率 的平均值d^和输出无功功率的平均值QF^ ，产生逆变器均流控制的电压幅
11值调节信号A「和角度调节信号;
E、 利用所述电压幅值调节信号A「和角度调节信号A^,结合输出电压
的幅值设定值^6/和角度参考值《6/，得到本逆变器的输出电压幅值和角度的
瞬时给定值^/和&g;
F、 采样本机输出电流的直流分量，对输出直流环流进行控制，得到输 出电压直流分量的控制给定值^^/ ;
G、 根据步骤E、 F中得到的输出电压幅值和角度的瞬时给定值^'和《g、 输出电压直流分量的控制给定值F^《以及逆变器输出电压的反馈量产生调节 逆变器输出电压的控制信号PWM脉冲。
在实际操作中，采样时，对于单相系统，输出有功和无功功率为一个工 频周期的计算值；对于三相系统将基于dq0坐标下的输出电压和输出电流的 计算值。
另外，如前面所提及，逆变器并联系统中的各逆变器的控制单元之间的 通信可以采用有线连接方式或无线连接方式。作为一种选择，每个参与并联 的逆变器向所有其它参与并联的逆变器广播本机的输出有功功率的滤波值
P"Fmer和输出无功功率的滤波值^^ 并接收其他逆变器模块传输过来的输出
有功功率的滤波值和输出无功功率的滤波值，最终综合计算出逆变器并联系 统的输出有功功率的平均值[和输出无功功率的平均值^:。
图4A-4C是根据本发明逆变器并联控制方法中计算控制量的一实施例的 示意图。
如图4A所示，在计算逆变器的输出电压幅值的瞬时给定值^/时，按如 下步骤进行
Dl:根据本逆变器输出瞬时有功功率P"和无功功率C"，计算输出电压幅 值和角度的下垂控制量；
D2:根据逆变器并联系统输出有功功率的平均值和无功功率的平均 值[，计算输出电压幅值和角度的补偿控制量；
D3:根据逆变器并联系统输出有功功率的平均值g:和无功功率的平均
值[、本逆变器输出有功功率的滤波值pw和输出无功功率的滤波值，计算逆变器并联系统环流的tt例积分控制量； D4:由下垂控制量、补偿控制量和比例积分控制量三者来产生逆变器均 流控制的电压调节信号AF和角度调节信号。
其中，
下垂控制量由瞬时输出有功功率《和无功功率0^十算得到；
补偿控制量由输出有功功率的平均值g:和输出无功功率的平均值 ^:计算得出；
比例积分控制量由输出有功功率的滤波值尸^ter和无功功率的滤波值
a^旨结合输出有功功率的平均值[和输出无功功率的平均值^:经比例
积分调节器(PI Regulator)处理后得出；
之后，用补偿控制量减去下垂控制量及比例积分控制量可得到逆变器均 流控制的电压调节信号A「；最后，将输出电压的幅值设定值^与逆变器均 流控制的电压调节信号A「相加即得到逆变器的输出电压幅值的瞬时给定值
、r
如图4B所示，计算逆变器的输出电压角度的瞬时给定值《^时，其步骤
'e呂
同图4A中相同，只是下垂控制量、补偿控制量、比例积分控制量的算法不同。 其中，
下垂控制量由瞬时输出有功功率g和无功功率^"计算得到；
补偿控制量由输出有功功率的平均值[和输出无功功率的平均值
[计算得出；
比例积分控制量由输出有功功率的滤波值P"F^和无功功率的滤波值
a^er结合输出有功功率的平均值^;和输出无功功率的平均值^:经比例
积分调节器(PI Regulator)处理后得出；
之后，用补偿控制量减去下垂控制量及比例积分控制量可得到逆变器均 流控制的角度调节信号A^;最后，将输出电压的角度参考值&,与逆变器均 流控制的角度调节信号A^相加即得到逆变器的输出电压角度的瞬时给定值
P '。
如图4C所示，在逆变器输出电压直流分量的控制给定值F,"时，进行如下步骤
Fl:采样输出电流的直流分量的反馈值/^
F2:计算输出电流直流分量的给定值(如给定为0)和输出电流的直流分 量的反馈值/^的差值；
F3:对该差值进行比例积分控制，得到逆变器输出电压直流分量的控制
权利要求
1、一种逆变器并联控制方法，用于在包含多个逆变器的逆变器并联系统中控制各个逆变器的输出电压幅值、相位和输出电压直流分量，以对负载进行均分；其特征在于，所述方法包括以下步骤A、在所述多个逆变器的每一个逆变器中采样计算本逆变器的瞬时输出有功功率Pn和无功功率Qn；B、在所述每一个逆变器中对本逆变器的瞬时输出有功功率Pn和无功功率Qn进行滤波处理，得到输出有功功率的滤波值PnFilter和无功功率的滤波值QnFilter；C、在逆变器并联系统间传输每个逆变器的输出有功功率的滤波值PnFilter和输出无功功率的滤波值QnFilter，并计算出逆变器并联系统的输出有功功率的平均值和输出无功功率的平均值D、在所述每一个逆变器中利用本逆变器的瞬时输出有功功率Pn和无功功率Qn、输出有功功率的滤波值PnFilter和无功功率的滤波值QnFilter、以及逆变器并联系统的输出有功功率的平均值和输出无功功率的平均值产生本逆变器均流控制的电压幅值调节信号ΔV和角度调节信号Δθ；E、在所述每一个逆变器中利用所述电压幅值调节信号ΔV和角度调节信号Δθ，结合输出电压的幅值设定值Vref和角度参考值θref，得到本逆变器的输出电压幅值和角度的瞬时给定值和；F、在所述每一个逆变器中采样本机输出电流的直流分量，对输出直流环流进行控制，得到本逆变器输出电压直流分量的控制给定值Vdcref；G、根据步骤E、F中得到的输出电压幅值和角度的瞬时给定值和、输出电压直流分量的控制给定值Vdcref以及逆变器输出电压的反馈量产生调节逆变器输出电压的控制信号PWM脉冲。
2、 根据权利要求1所述逆变器并联控制方法，其特征在于，所述步骤A 包括对于单相系统，计算一个工频周期内的输出有功和无功功率；或者对 于三相系统，计算dq0坐标下的瞬时有功功率和无功功率。
3、 根据权利要求1所述逆变器并联控制方法，其特征在于，所述步骤C 中在逆变器并联系统间传输每个逆变器的输出有功功率的滤波值《F'旨和输出无功功率的滤波值"F'^包括所述多个逆变器中的每一个逆变器向逆变器并联系统中的其它逆变器广播本机的输出有功功率的滤波值^Fil始和输出无功功 率的滤波值0^ter，并接收所述其它逆变器广播的输出有功功率的滤波值《F^和输出无功功率的滤波值o^^ 。
4、 根据权利要求1所述逆变器并联控制方法，其特征在于，所述步骤D包括Dl:根据本逆变器输出瞬时有功功率《和无功功率^"，计算输出电压幅 值和角度的下垂控制量；D2:根据逆变器并联系统输出有功功率的平均值和无功功率的平均值^T,计算输出电压幅值和角度的补偿控制量；D3:根据逆变器并联系统输出有功功率的平均值[和无功功率的平均值[、本逆变器输出有功功率的滤波值《^r禾n输tB力i力J力率^j^^MaFi,tCT ，计算逆变器并联系统环流的比例积分控制量；D4:由下垂控制量、补偿控制量和比例积分控制量产生逆变器均流控制的电压调节信号AK和角度调节信号。
5、 根据权利要求1所述逆变器并联控制方法，其特征在于，所述步骤E包括El:计算电压幅值调节信号AK和逆变器输出电压幅值的给定值之间的第一和值，得到本逆变器的输出电压幅值的瞬时给定值K^';E2:计算角度调节信号A^和逆变器输出电压角度的给定值之间的第二和值，得到本逆变器的输出电压角度的瞬时给定值《eg。
6、 根据权利要求1所述逆变器并联控制方法，其特征在于，所述步骤F包含Fh采样输出电流的直流分量的反馈值/^F2:计算输出电流直流分量的给定值和输出电流的直流分量的反馈值的 差值；F3:对所述差值进行比例积分，得到输出电压直流分量的控制给定值 F 。
7、 根据权利要求6所述逆变器并联控制方法，其特征在于，所述输出电 流直流分量的给定值为0。
8、 一种逆变器，其中包括逆变器输出控制装置，其特征在于，所述逆变 器输出控制装置包括逆变器并联控制单元，其包括用于采样计算本逆变器的瞬时输出有功功率《和无功功率a的装置；用于对本逆变器的瞬时输出有功功率《和无功功率a进行滤波处理，得到输出有功功率的滤波值P FiltCT和无功功率的滤波值0^旨的装置；用于在逆变器并联系统间传输每个逆变器的输出有功功率的滤波值《^r和输出无功功率的滤波值C"F'旨，并计算出逆变器并联系统的输出有功功率的平均值[和输出无功功率的平均值^:的装置；用于利用本逆变器的瞬时输出有功功率P"和无功功率^"、输出有功功率的滤波值SF^和无功功率的滤波值0^^、以及逆变器并联系统的输出有功功率的平均值^:和输出无功功率的平均值^:，产生本逆变器均流控制的电压幅值调节信号AF和角度调节信号A^的装置；用于利用所述电压幅值调节信号A「和角度调节信号，结合输出 电压的幅值设定值F^和角度参考值《y，得到本逆变器的输出电压幅值 和角度的瞬时给定值和《eg的装置；用于采样本机输出电流的直流分量，对输出直流环流进行控制，得到 本逆变器输出电压直流分量的控制给定值^^,的装置；及逆变器控制单元，用于根据逆变器并联控制单元输出的输出电压幅 值和角度的瞬时给定值和《eg 、输出电压直流分量的控制给定值 以及逆变器输出电压的反馈量产生调节逆变器输出电压的控制信号P丽 脉冲。
9、 根据权利要求8所述的逆变器，其特征在于，所述采样计算本逆变器的瞬时输出有功功率尸"和无功功率^"包括对于单相系统，计算一个工频周 期内的输出有功和无功功率；或者对于三相系统，计算dq0坐标下的输出电 压和输出电流。
10、根据权利要求8所述的逆变器，其特征在于，所述在逆变器并联系统间传输每个逆变器的输出有功功率的滤波值《F^和输出无功功率的滤波值 0^ter包括所述多个逆变器中的每一个逆变器向逆变器并联系统中的其它逆变器广播本机的输出有功功率的滤波值P"Fito和输出无功功率的滤波值2^时， 并接收所述其它逆变器广播的输出有功功率的滤波值《HUer和输出无功功率的滤波值o^^。
全文摘要
一种逆变器并联控制方法，用于在包含多个逆变器的逆变器并联系统中控制各个逆变器的输出电压幅值、相位和输出电压直流分量，以对负载进行均分。该方法包括采样计算本逆变器的瞬时输出有功功率和无功功率并对其进行滤波处理；在逆变器并联系统间传输输出有功功率和无功功率滤波值并计算逆变器并联系统的输出有功功率和无功功率滤波值的平均值；产生本逆变器均流控制的电压幅值调节信号ΔV和角度调节信号Δθ；得到本逆变器的输出电压幅值和角度的瞬时给定值V<sub>ref</sub>′和θ<sub>reg</sub>′；得到本逆变器输出电压直流分量的控制给定值V<sub>dcref</sub>。本发明用于逆变器并联系统的控制，可以提高系统的抗干扰能力、大大增强系统的可靠性，同时也降低了系统硬件成本。
文档编号H02J3/46GK101499663SQ200810074029
公开日2009年8月5日 申请日期2008年1月30日 优先权日2008年1月30日
发明者周党生, 州 舒, 马春红 申请人:力博特公司