供电系统的制作方法

本实用新型涉及供电技术领域，尤其涉及一种供电系统。

背景技术：

逆变器是地铁和轻轨的辅助电源中最关键的装置，用于将直流电能转变成交流电，对车辆上的空调机组、通风装置、照明装置等辅助设备进行供电。

目前，通常可通过一台逆变器集中对整车辅助系统进行供电，如果逆变器损坏，则直接影响车辆上的辅助设备的正常运行，从而影响车辆的稳定运行和舒适性。为解决这一问题，可采用多台逆变器并联运行供电，当一台辅助逆变器出现故障时，其他逆变器仍可正常运行，继续为车辆上的辅助设备供电，增加了系统的可靠性。

然而多台逆变器并联运行过程中，不同逆变器之间通常难以实现均流，易出现环流，造成极大的供电系统损耗，甚至导致供电系统崩溃，使得供电中断，影响车辆的正常运行。

技术实现要素：

本实用新型提供一种供电系统，可通过控制器对其连接的逆变器进行控制调节，实现不同逆变器间的均流，避免出现环流，有效避免供电中断，保证车辆的正常运行。

本实用新型提供的供电系统，包括：多个逆变器、多个控制器、多个电流传感器和电压传感器；

所述多个逆变器的输入端连接至同一电源输入端；每个逆变器的输出端与一个电流传感器连接，所述一个电流传感器与一个控制器连接；

所述多个逆变器的输出端与同一所述电压传感器连接，所述电压传感器还与所述多个控制器连接；

所述一个控制器还与一个逆变器的控制端连接；

所述一个控制器还与所述多个控制器中的其他控制器连接，以接收所述其他控制器发送的与所述其他控制器连接的电流传感器检测到的电流；

所述一个控制器用于根据所述一个电流传感器检测到的电流、所述其他电流传感器检测到的电流，以及所述电压传感器检测到的电压，对所述一个控制器连接的逆变器进行控制，以使不同逆变器输出的电流的电流差在预设范围内。

进一步的，所述供电系统还包括：变压器；所述多个逆变器的输出端与同一所述变压器连接，所述变压器与所述电压传感器连接；

所述变压器还与列车上的负载设备连接，以对所述负载设备进行供电。

进一步的，所述每个逆变器的控制端包括多个开关管，所述一个控制器与所述多个开关管连接；

所述一个控制器通过控制所述多个开关管的通断控制所述一个控制器连接的逆变器的输出电压。

进一步的，所述一个电流传感器检测到的电流与所述其他电流传感器检测到的电流均为交流电流信号；所述电压传感器检测到的电压为交流电压信号；

所述一个控制器用于将所述一个电流传感器检测到的电流与所述其他电流传感器检测到的电流进行比较，得到交流电流差信号，将所述交流电流差信号转换为直流电流差信号，并比较所述直流电流差信号与预设的电流值，得到电流调节信号；

所述一个控制器用于将所述电压传感器采集到的电压转换为直流电压信号，并比较所述直流电压信号与预设电压值，得到电压调节信号，继而根据所述电流调节信号和电压调节信号得到控制信号，根据所述控制信号控制所述一个控制器连接的逆变器的输出电压。

进一步的，所述一个控制器包括：DSP芯片和FPGA芯片；

所述FPGA芯片用于接收所述一个电流传感器检测到的电流与所述电压传感器采集的电压，以及所述其他控制器发送的与所述其他控制器连接的电流传感器检测到的电流，并将采集到的电压和电流信号发送给所述DSP芯片；

所述DSP芯片用于根据所述一个电流传感器检测到的电流、所述其他电流传感器检测到的电流，以及所述电压传感器检测到的电压，对所述一个控制器连接的逆变器进行控制。

本实用新型提供的供电系统，其中，该供电系统包括：多个逆变器、多个控制器、多个电流传感器和电压传感器；该多个逆变器的输入端连接至同一电源输入端；每个逆变器的输出端与一个电流传感器连接，该一个电流传感器与一个控制器连接；该多个逆变器的输出端与同一所述电压传感器连接，该电压传感器还与所述多个控制器连接；该一个控制器还与一个逆变器的控制端连接；该一个控制器还与该多个控制器中的其他控制器连接，以接收该其他控制器发送的与该其他控制器连接的电流传感器检测到的电流；该一个控制器用于根据该一个电流传感器检测到的电流和该其他电流传感器检测到的电流，以及根据该电压传感器检测到的电压信号，对该一个控制器连接的逆变器进行控制，以使不同逆变器输出的电流的电流差在预设范围内。本实用新型提供的供电系统，控制器可根据检测到的电压和电流信号对并联逆变器的控制端进行调节，使得各并联逆变器的输出电流的电流差在预设范围内，实现了不同逆变器间的均流，从而避免出现环流，有效避免供电中断，保证车辆的正常运行。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种供电系统的结构示意图；

图2为本实用新型提供的逆变器的电路结构示意图；

图3为本实用新型提供的另一种供电系统的结构示意图；

图4为本实用新型提供的一种控制器的结构简图；

图5为本实用新型提供的供电控制方法；

图6为本实用新型提供的另一种供电控制方法的流程图；

图7为本实用新型提供的逆变器并联环流控制原理框图。

附图标记说明：

U-输入电压；

Sa1、Sa2、Sa3、Sa4、Sb1、Sb2、Sb3、Sb4、Sc1、Sc2、Sc3、Sc4-开关管；

R-负载；

C1、C2-电容；

L-电感；

Ia、Ib、Ic-三相输出电流；

Va、Vb、Vc-三相输出电压；

1-逆变器；

2-电流传感器；

3-电压传感器；

4-控制器；

5-输入端；

6-输出端；

7-变压器。

具体实施方式

本实用新型下述各实施例提供的供电系统可适用于列车供电系统，用于为列车上的负载设备进行供电。列车上的负载设备可包括：空调、照明、通风设备等。

如下结合多个实例进行说明。图1为本实用新型提供的一种供电系统的结构示意图。如图1所示，供电系统包括：多个逆变器1、多个控制器4、多个电流传感器2和电压传感器3。

多个逆变器1的输入端5连接至同一电源输入端；每个逆变器1的输出端6与一个电流传感器2连接，一个电流传感器2与一个控制器4连接；

具体地，电源输入端5与直流电源连接。逆变器1可将输入的直流电转化为交流电。

多个逆变器1的输出端6与同一电压传感器3连接，电压传感器3还与多个控制器4连接；

具体的，多个逆变器1的输出端相当于供电系统的电源输出端，该电源输出端可与负载设备连接，该负载设备可以为列车上的负载设备。该负载设备例如可以是：空调、照明、通风设备等。

一个控制器4还与一个逆变器1的控制端连接；

一个控制器4还与多个控制器4中的其他控制器4连接，以接收其他控制器4发送的与其他控制器4连接的电流传感器2检测到的电流；

具体的，一个控制器4可通过控制器局域网络(Controller Area Network，简称CAN)总线与多个控制器4中的其他控制器4连接。

一个控制器4用于根据一个电流传感器2检测到的电流、其他电流传感器2检测到的电流，以及电压传感器3检测到的电压，对一个控制器4连接的逆变器1进行控制，以使不同逆变器1输出的电流的电流差在预设范围内。

具体的，该电流差预设范围可以是0。通过对两台逆变器电流做差值运算，可得到两台逆变器之间的电流差，此电流差即表征了不同逆变器之间的环流信息。若不同逆变器处于均流状态，则没有环流产生，此时，不同逆变器之间的电流差可以在预设范围内，如电流差为0。此时，结合该电压传感器检测到的电压，对不同的逆变器进行控制，使得该不同的逆变器的电流差信号进行控制，将电流差在该预设范围内，即可实现了并联的不同逆变器的均流控制。

其中，上述每个逆变器1例如可以是T型三电平逆变器的拓扑结构。举例来说，图2为本实用新型提供的逆变器的电路结构示意图。如图2所示，包括输入电压U、开关管Sa1、Sa2、Sa3、Sa4、Sb1、Sb2、Sb3、Sb4、Sc1、Sc2、Sc3、Sc4和输出负载R，电源输入端并联有吸收电路，吸收电路包括串联的电容C1和电容C2，电容C1和电容C2分别依次通过开关管、交流滤波电感L等与输出负载R相连。Ia、Ib、Ic为逆变器输出的三相电流，Va、Vb、Vc为逆变器输出的三相电压。

本实用新型采用T型三电平逆变器，与传统两电平逆变器相比，从根本上解决了器件耐压问题及器件耐压与开关管频率之间的矛盾。同时，T型拓扑与二极管钳位相比式拓扑相比，其使用的器件更少，相应的导通损耗更小，效率更高。

本实用新型提供的供电系统，包括：多个逆变器、多个控制器、多个电流传感器和电压传感器；该多个逆变器的输入端连接至同一电源输入端；每个逆变器的输出端与一个电流传感器连接，该一个电流传感器与一个控制器连接；该多个逆变器的输出端与同一电压传感器连接，该电压传感器还与多个控制器连接；该一个控制器还与一个逆变器的控制端连接；该一个控制器还与该多个控制器中的其他控制器连接，以接收该其他控制器发送的与该其他控制器连接的电流传感器检测到的电流；该一个控制器用于根据该一个电流传感器检测到的电流和该其他电流传感器检测到的电流，以及根据该电压传感器检测到的电压信号，对该一个控制器连接的逆变器进行控制，以使不同逆变器输出的电流的电流差在预设范围内。本实用新型提供的供电系统，控制器可根据检测到的电压和电流信号对并联逆变器的控制端进行调节，使得各并联逆变器的输出电流的电流差在预设范围内，实现了不同逆变器间的均流，从而避免出现环流，有效避免供电中断，保证车辆的正常运行。

可选的，图3为本实用新型提供的另一种供电系统的结构示意图。如图3所示，该供电系统还可包括：变压器7；多个逆变器1的输出端与同一变压器7连接，变压器7与电压传感器3连接；

变压器7还与列车上的负载设备连接，以对负载设备进行供电。

具体的，通过在电源输出端设置变压器7，可变换交流电压、交换交流电流，将交流电流调整至可供列车上的负载使用。

本实用新型提供的供电系统，通过设置变压器7，可将各并联逆变器输出的电压和电流调整至可供列车上的负载使用。

进一步的，每个逆变器1的控制端包括多个开关管，一个控制器1与多个开关管连接；

一个控制器4通过控制多个开关管的通断控制一个控制器4连接的逆变器1的输出电压。

具体的，以图2所示的逆变器为例，每个逆变器1的控制端可包括开关管Sa1、Sa2、Sa3、Sa4、Sb1、Sb2、Sb3、Sb4、Sc1、Sc2、Sc3、Sc4，该些开关管可作为每个逆变器1的控制端，每个开关管均与该每个逆变器1连接的一个控制器连接。

控制器4根据一个电流传感器2检测到的电流、其他电流传感器2检测到的电流，以及电压传感器3检测到的电压，得到控制信号，根据控制信号控制每个开关管的通断，从而控制每个逆变器1输出电压的频率和幅值。其中，该控制信号为脉冲控制信号。

本实用新型设置多个开关管作为逆变器1的控制端，通过控制器4对各逆变器1的控制端进行控制，避免了各逆变器1之间产生环流。

进一步的，一个电流传感器2检测到的电流与其他电流传感器2检测到的电流均为交流电流信号；电压传感器3检测到的电压为交流电压信号。

一个控制器4用于将一个电流传感器2检测到的电流与其他电流传感器2检测到的电流进行比较，得到交流电流差信号，将交流电流差信号转换为直流电流差信号，并比较直流电流差信号与预设的电流值，得到电流调节信号。

一个控制器4用于将电压传感器3采集到的电压转换为直流电压信号，并比较直流电压信号与预设电压值，得到电压调节信号，继而根据电流调节信号和电压调节信号得到控制信号，根据控制信号控制一个控制器4连接的逆变器1的输出电压。

图4为本实用新型提供的一种控制器的结构简图。如图4所示的控制器4，包括：数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP)芯片8和现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称FPGA)芯片9。

FPGA芯片9用于接收一个电流传感器2检测到的电流与电压传感器3采集的电压，以及其他控制器4发送的与其他控制器4连接的电流传感器2检测到的电流，并将采集到的电压和电流信号发送给DSP芯片8。

DSP芯片8用于根据一个电流传感器2检测到的电流、其他电流传感器2检测到的电流，以及电压传感器3检测到的电压，对一个控制器4连接的逆变器1进行控制。

具体的，电流传感器2采集的电流及电压传感器3采集的电压，可发送至控制器4中的FPGA芯片9，从而实现数据采样。

上述图4所示的一个控制器4中的FPGA芯片9还可接收其他控制器4发送的与其他控制器4连接的电流传感器2检测到的电流，实现了板间通信。其中，其他控制器4可通过CAN总线将与其他控制器连接的电流传感器检测到的电流发送至一个控制器4中的FPGA芯片9。

FPGA芯片可将收到的一个电流传感器2检测到的电流、其他电流传感器2检测到的电流，以及电压传感器3检测到的电压等发送至DSP芯片8。

DSP芯片8可根据一个电流传感器2检测到的电流、其他电流传感器2检测到的电流，以及电压传感器3检测到的电压，对与一个控制器4连接的逆变器1进行控制。

本实用新型提供的控制器通过FPGA芯片实现了数据采样和板件通信，通过DSP芯片实现了并联逆变器的控制算法。

进一步的，一个控制器4通过CAN总线与多个控制器4中的其他控制器4连接。

本实用新型提供一种供电控制方法，该方法适用于供电系统，该供电系统包括：多个逆变器1、多个控制器4、多个电流传感器2和电压传感器3；其中，多个逆变器1的输入端5连接至同一电源输入端；每个逆变器1的输出端6与一个电流传感器2连接，一个电流传感器2与一个控制器4连接；多个逆变器1的输出端6与同一电压传感3器连，电压传感器3还与多个控制器4连接；多个逆变器1的输出端6与同一电压传感3器连接；一个控制器4还与一个逆变器1的控制端连接；一个控制器4还与多个控制器4中的其他控制器4连接。

其中，图5为本实用新型提供的供电控制方法。如图5所示，该方法可包括以下步骤：

S501、该一个控制器接收该一个电流传感器检测到的电流、该其他电流传感器检测到的电流及该电压传感器检测到的电压。

具体的，一个电流传感器检测到的电流与其他电流传感器检测到的电流均为交流电流信号；电压传感器检测到的电压为交流电压信号。

S502、该一个控制器根据该一个电流传感器检测到的电流、该其他电流传感器检测到的电流，以及该电压传感器检测到的电压，得到控制信号。

S503、该一个控制器根据该控制信号对该一个控制器连接的逆变器进行控制，以使不同逆变器输出的电流的电流差在预设范围内。

具体的，该每个逆变器的控制端包括多个开关管，该一个控制器与该多个开关管连接；

该一个控制器根据该控制信号控制该多个开关管的通断，以控制该一个控制器连接的逆变器输出电压。

工作时，控制器与逆变器的控制端连接，当供电系统产生环流时，控制器可发送脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，简称PWM)控制信号至逆变器的控制端，从而控制各逆变器输出端电压的频率和幅值，使得各并联逆变器输出的电流差在预设范围内。同时由于每个逆变器均有一个控制器进行控制，使得多个逆变器可以独立控制，互不干扰，增加了并联系统的冗余性，提高电路的可靠性和便于检修维护。

可选的，本实用新型还提供一种供电控制方法。图6为本实用新型提供的另一种供电控制方法的流程图。如图6所示，该方法，在上所示的S502中该一个控制器根据该一个电流传感器检测到的电流、该其他电流传感器检测到的电流，以及该电压传感器检测到的电压，得到控制信号，可以包括：

S601、该一个控制器比较该一个电流传感器检测到的电流与该其他电流传感器检测到的电流，得到交流电流差信号。

举例来说，图7为本实用新型提供的逆变器并联环流控制原理框图。如图7所示，以一个控制器为例，控制器获得一个电流传感器检测到的电流，电流例如可以是三相交流电流I_abc-master(自逆变器电流)，其他电流传感器检测到的电流例如可以是三相电流I_abc-slave(他逆变器电流)；以及电压传感器检测到的电压例如可以是三相电压V_abc。

由控制器对自逆变器电流I_abc-master与他逆变器电流I_abc-slave进行差值运算，得到得到交流电流差I_eabc。

S602、该一个控制器将该交流电流差信号转换为直流电流差信号。

具体的，对电流差I_eabc进行坐标变换，可得到三相环流I_eabc在旋转坐标系下的d轴分量I_ed和q轴分量I_eq。旋转坐标系下的d轴分量I_ed和q轴分量I_ed即为上述直流电流差信号。

S603、该一个控制器比较该直流电流差信号与预设的电流值，得到电流调节信号。

S604、该一个控制器将该电压传感器采集到的电压转换为直流电压信号。

具体的，对电压传感器采集到的电压V_abc进行坐标变换，以得到电压V_abc在旋转坐标系下的d轴分量V_d和q轴分量V_q。旋转坐标系下的d轴分量V_d和q轴分量V_q即为上述直流电压信号。

S605、该一个控制器比较该直流电压信号与预设的电压值，得到电压调节信号。

其中，以三相电压V_abc的坐标变换为例，其坐标变换公式如式(1)、式(2)所示

首先进行如公式(1)所示的变换，式(1)是一种三相坐标系到两相坐标系的数学变换，将输入的三相电压信号V_abc通过公式(1)进行变换得到两相电压信号，分别为第一电压信号V_α和第二电压信号V_β，第二电压信号V_β相对于第一电压信号V_α相位滞后90°，第一电压信号V_α和三相电压V_abc中的V_α同相位。

再进行如公式(2)所示的变换，式(2)是一种两相静止坐标系到两相旋转坐标系的数学变换，其中，V_α和V_β分别为三相电压V_abc在静止αβ坐标系α，β轴上的分量；V_d和V_q分别为三相电压V_abc在d，q轴上的分量；θ为相位旋转角，即d轴和q轴的夹角。

逆变器输出电压V_abc经坐标变换后可得到旋转坐标系下的d轴分量U_d和q轴分量U_q，与预设的电压值比较后，经比例积分控制器(Proportional Integral controller，简称为PI controller)的调节，得到d轴控制分量M_d1和q轴控制分量M_q1，通过调整M_d1、M_q1实现逆变器输出电压控制。

三相环流I_eabc的与逆变器输出电压V_abc的坐标变换方式相同，三相环流I_eabc经坐标变换后可得到旋转坐标系下的d轴环流分量I_ed和q轴环流分量I_eq，将d轴环流分量I_ed和q轴环流分量I_eq分别与与预设的电流值比较后，经过PI控制器调节，得到d轴调节分量M_d2和q轴调节分量M_q2。

其中，PI控制器为一种线性控制器，它可根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例(P)和积分(I)通过线性组合构成控制量，对被控制量进行控制。

S606、该一个控制器根据该电流调节信号和电压调节信号，得到该控制信号。

具体的，将调节分量M_d1、M_q1和控制分量M_d2、M_q2分别进行叠加，得到M_d和M_q。

同时锁相环可根据电压传感器5检测到的输出端电压计算得到相位角θ；以及对逆变器采用中点电位控制算法可得到调节系数k；通过PWM算法对调节量M_d、M_q，相位角θ，以及调节系数k进行运算，可得到控制逆变器1和逆变器2的PWM控制信号，最终实现逆变器并联均流。

其中，该一个控制器可将得到的PWM控制信号输出至控制器对应的开关管，根据预设规则对该PWM控制信号的各脉冲宽度进行调制，即可改变逆变器的输出电压的大小，从而改变其输出频率。

本实用新型提供的供电控制方法，通过控制器对各并联逆变器的电流和电压进行控制，使得各并联逆变器输出电流相等，避免了供电系统中产生环流。同时每个逆变器由一个控制器独立控制，互不干扰，增加了并联系统的稳定性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。