并联逆变器系统及逐波限流控制方法与流程

本发明实施例涉及电力电子设备领域，更具体地说，涉及一种并联逆变器系统及逐波限流控制方法。

背景技术：

大功率逆变装置一般由多台相同功率的逆变器并联而成，如兆瓦级的岸用电源产品。逆变器并联运行可实现大容量供电，同时可大大提高系统的灵活性，使电源系统的体积、重量大大降低，同时其主开关器件的电流应力也可大大减少，从而提高可靠性、降低成本和提高功率密度。

如图1所示，是现有逆变器并联方案的示意图。在该逆变器并联方案中，包括主控模块11、并机控制模块12、多个逆变器13，且每一逆变器13包括有一个接口板。上述并机控制模块在设备功率需求大于单机最大功率时使用，且主控模块11、并机控制模块12、多个逆变器13之间使用光纤进行数据通信。

在上述的每一逆变器13中，分别通过电流采样装置获得其相电流，上述相电流经采样调理电路调理后与逐波限流阈值(例如，优选为2倍额定电流峰值)比较。当负载突变时，如变压器的切入，电机的突加载等负载快速变化时，各个逆变器13会根据自身采样的电流值，判断是否超过逐波限流阈值，若超过逐波限流阈值，逆变器13便会触发逐波限流功能，防止触发硬件过流故障，从而保证设备的可靠运行。

当多台逆变器13并联使用时，由于器件和设备自身的一致性问题，无法保证负载突变时并联的每台逆变器13电流完全一致，同时也无法保证多台逆变器13能够同时触发各自的逐波限流功能。当负载突变时，由于部分并联的逆变器13先触发逐波限流功能，从而导致其它逆变器由于电流变化过快、过大，直接触发过流故障，导致设备停运，严重的可能会造成生产事故。

技术实现要素：

本发明实施例针对上述并联逆变器系统中因某一逆变器逐波限流而导致其他逆变器出现硬件过流故障的问题，提供一种并联逆变器系统及逐波限流控制方法。

本发明实施例解决上述技术问题的技术方案是，提供一种并联逆变器系统，包括主控模块、并机控制模块和多个并联连接的逆变器，每一所述逆变器包括接口板，且每一所述接口板经由所述并机控制模块与所述主控模块连接；其特征在于，所述并联逆变器系统还包括逐波限流控制装置，且多个所述逆变器的接口板分别连接到所述逐波限流控制装置；其中：当任一台逆变器触发逐波限流信号时，通过所述逆变器对应的接口板将所述逐波限流信号发送至所述逐波限流控制装置；所述逐波限流控制装置在接收到所述任一台逆变器发送的所述逐波限流信号时，通过各并联逆变器所对应的接口板同时向所有逆变器下发逐波限流信号，触发所有并联的逆变器同时开启逐波限流。

优选地，所述逐波限流控制装置与所述主控模块连接，且所述逐波限流控制装置包括微控制单元；

所述微控制单元接用于收所述主控模块下发的第一自检命令，并根据所述第一自检命令向每一逆变器发送自检信号，使每一所述逆变器执行自检操作；

所述微控制单元还接收每一所述逆变器执行自检操作后返回的第一反馈信号，并将所述第一反馈信号发送至所述主控模块，使所述主控模块根据所述第一反馈信号确定各逆变器均无故障时控制所述并机控制模块、逆变器以及逐波限流控制装置启动运行。

优选地，所述逐波限流控制装置与所述主控模块连接，每一所述逆变器包括自检模块；

所述自检模块用于接收所述主控模块发送的第二自检命令，并根据所述第二自检命令启动自检操作；

所述自检模块还用于根据自检操作结果向所述主控模块发送第二反馈信号，使所述主控模块根据所述第二反馈信号确定各逆变器均无故障时控制所述并机控制模块、逆变器以及逐波限流控制装置启动运行。

优选地，每一所述接口板通过光纤连接到所述逐波限流控制装置。

优选地，所述逐波限流控制装置包括现场可编程门阵列；所述现场可编程门阵列包括多个输入接口和多个输出接口，且每一所述接口板通过一对光纤连接到所述现场可编程门阵列的一个输入接口和一个输出接口；所述现场可编程门阵列仅在所有输入接口为非预设电平时，使所有输出接口输出非预设电平。

本发明实施例还提供一种逐波限流控制方法，应用于并联逆变器系统，所述并联逆变器系统包括主控模块、并机控制模块和多个并联连接的逆变器，每一所述逆变器包括接口板，且每一所述接口板经由所述并机控制模块与所述主控模块连接；所述并联逆变器系统还包括逐波限流控制装置，且多个所述逆变器的接口板分别连接到所述逐波限流控制装置，所述方法包括：

当所述并联逆变器系统中任一台逆变器触发逐波限流信号时，通过所述逆变器对应的接口板将所述逐波限流信号发送至所述逐波限流控制装置；

所述逐波限流控制装置在接收到所述任一台逆变器发送的所述逐波限流信号时，通过各并联逆变器所对应的接口板同时向所有逆变器下发逐波限流信号，触发所有并联的逆变器同时开启逐波限流。

优选地，所述逐波限流控制装置与所述主控模块连接，所述方法还包括：

所述逐波限流控制装置接收所述主控模块下发的第一自检命令，根据所述第一自检命令向每一逆变器发送自检信号，使每一所述逆变器执行自检操作；

所述逐波限流控制装置接收每一所述逆变器执行自检操作后返回的第一反馈信号，并将所述第一反馈信号发送至所述主控模块，使所述主控模块根据所述第一反馈信号确定各逆变器均无故障时控制所述并机控制模块、逆变器以及逐波限流控制装置启动运行。

优选地，所述方法包括：

所述主控模块向每一所述逆变器发送第二自检命令；

每一所述逆变器根据所述第二自检命令启动自检操作，并根据自检操作结果向所述主控模块发送第二反馈信号；

所述主控模块根据所述第二反馈信号确定各逆变器均无故障时控制所述并机控制模块、逆变器以及逐波限流控制装置启动运行。

优选地，每一所述接口板通过光纤连接到所述逐波限流控制装置。

优选地，所述逐波限流控制装置包括现场可编程门阵列；所述现场可编程门阵列包括多个输入接口和多个输出接口，且每一所述接口板通过一对光纤连接到所述现场可编程门阵列的一个输入接口和一个输出接口；所述现场可编程门阵列仅在所有输入接口为非预设电平时，使所有输出接口输出非预设电平。

本发明实施例的并联逆变器系统及逐波限流控制方法，通过将逐波限流控制装置实现各个逆变器的接口板的逐波限流信号同步，可避免并联逆变器系统中因某一逆变器逐波限流而导致的其他逆变器出现硬件过流故障。

附图说明

图1是现有并联逆变器系统的拓扑结构示意图；

图2是本发明实施例提供的并联逆变器系统的示意图；

图3是本发明实施例提供的并联逆变器系统中逐波限流控制装置的示意图；

图4是本发明实施例提供的并联逆变器系统中逐波限流硬件延时测量图；

图5是本发明实施例提供的逐波限流控制方法的流程示意图；

图6是本发明实施例提供的逐波限流控制方法中自检步骤的流程示意图；

图7是本发明另一实施例提供的逐波限流控制方法中自检步骤的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图2所示，是本发明实施例提供的并联逆变器系统的示意图，该并联逆变器系统可以为兆瓦级岸用电压或类似电力电子设备。本实施例的并联逆变器系统包括主控模块21、并机控制模块22、多个并联连接的逆变器23以及逐波限流控制装置24。上述每一逆变器23包括接口板。在实际应用中，逆变器23的数量可根据需要调整。

上述主控模块21可通过一对光纤连接到并机控制模块22，每一逆变器23并联连接到直流母线，且每一逆变器23的接口板分别通过光纤连接到并联控制模块22。在并联逆变器系统工作时，主控模块21实现逆变器功能算法、电机控制算法、外部通信等任务，并通过光纤把控制信息下传到各个逆变器23的接口板，并接收逆变器23的接口板上传的运行参数、模块故障、工作状态等信息；并机控制模块22在系统中起到承上启下的作用，其主要用于实现pwm(pulsewidthmodulation，脉冲宽度调整)发波指令分配、从逆变器23的接口板采样数据并整理、逆变器23的电流输出均流控制等；接口板用于根据并机控制模块22分配的pwm发波指令生成其所在的逆变器23的驱动信号，以控制逆变器23中功率单元(例如绝缘栅双极型晶体管)的开关动作，以及采集相电流、母线电压等相关数据并通过光纤通信上传给主控模块21进行控制运算。

上述每一逆变器23具有逐波限流功能，即逆变器23根据自身霍尔采样的电流值，与设定的逐波限流阈值进行比较(整个比较电路可由硬件实现)，当采样的电流值超过设定的阈值后，比较电路触发逐波限流信号，接口板在接收到硬件逐波限流信号后，立即停止发波，使逆变器23停止输出。

上述每一逆变器23的接口板还分别连接到逐波限流控制装置24，任一逆变器23在触发逐波限流操作时，向逐波限流控制装置24发送逐波限流信号，且逐波限流控制装置24在接收到任一逆变器23发送的逐波限流信号时，通过各并联逆变器23所对应的接口板同时向所有逆变器23下发逐波限流信号，触发所有并联的逆变器23同时开启逐波限流。

在上述并联逆变器系统中，任意一台或者多台逆变器23发生逐波限流功能时，逐波限流控制装置24将同步触发所有逆变器23的逐波限流功能，保证在负载突变的情况下，并联逆变器系统稳定可靠运行。

为提高逐波限流信号的同步效率，上述逆变器23的接口板可分别通过光纤连接到逐波限流控制装置24。由于硬件电路(即接口板与逐波限流控制装置24之间的信号传输)存在一定延时tdelay，在上述并联逆变器系统中，所有逆变器23开启逐波限流功能的最大延时为2×tdelay(逆变器23收到来自逐波限流控制装置的信号)，由实验测试可知，采用光纤在接口板与逐波限流控制装置24进行信号传输的延时时间tdelay为240-290ns(实验波形如图4所示)，最大延时为2×tdelay，小于逆变器23的电流从逐波限流点至硬件过流点的上升时间(5us)，可保证逆变器23中电流在上升至硬件过流触发阈值之前逐波限流功能动作，避免触发硬件过流故障。

如图3所示，上述逐波限流控制装置24包括现场可编程门阵列(field－programmablegatearray，fpga)241，该现场可编程门阵列241包括多个输入接口和多个输出接口，且每一接口板通过一对光纤连接到现场可编程门阵列的一个输入接口和一个输出接口。现场可编程门阵列仅在所有输入接口为非预设电平(例如低电平，即非逐波限流信号)时，使所有输出接口输出非预设电平；而在任一输入接口为预设电平(例如高电平，即逐波限流信号)，使所有输出接口输出预设电平，即触发逐波限流同步。

为保证上述并联逆变器系统可靠运行，上述并联逆变器系统还可具有自检功能。该自检功能具体可通过以下方式实现：将逐波限流控制装置24与主控模块21连接，且逐波限流控制装置24包括微控制单元242。在并联逆变器系统上电或系统启动运行时，主控模块21向逐波限流控制装置24发送第一自检命令；微控制单元42在接收到第一自检命令后启动自检程序，向每一逆变器23发送自检信号，使每一逆变器23执行自检操作。该微控制单元42还接收每一逆变器23执行自检操作后返回的第一反馈信号，并将上述第一反馈信号(在逆变器23正常时，其返回的第一反馈信号为正常)发送到主控模块21；主控模块21根据第一反馈信号(在未接收到某一逆变器23的第一反馈信号时，确认该逆变器23故障)确定各逆变器均无故障时控制并机控制模块22、各个逆变器23以及逐波限流控制装置24启动运行。

此外，并联逆变器系统的自检功能还可通过以下方式实现：每一逆变器23的接口板包括自检模块。该自检模块用于接收主控模块21发送的第二自检命令，并根据上述第二自检命令启动自检操作(在并联逆变器系统上电或系统运行时，主控模块21向每一逆变器23发送第二自检命令)。该自检模块还根据自检操作结果向主控模块21发送第二反馈信号；主控模块21根据第二反馈信号确定各逆变器均无故障时控制并机控制模块22、各个逆变器23以及逐波限流控制装置24启动运行。

如图5所示，是本发明实施例提供的逐波限流控制方法的流程示意图，该逐波限流控制方法可应用于并联逆变器系统，且该并联逆变器系统包括主控模块、并机控制模块、多个并联连接的逆变器以及逐波限流控制装置，每一逆变器包括接口板，且每一接口板经由所述并机控制模块与所述主控模块连接，每一逆变器的接口板还分别连接到逐波限流控制装置。本实施例的逐波限流控制方法包括：

步骤s51：当并联逆变器系统中任一台逆变器触发逐波限流操作时，通过该逆变器对应的接口板将逐波限流信号发送至逐波限流控制装置。为保证逐波限流同步的响应时间，每一接口板通过光纤连接到逐波限流控制装置。

上述逐波限流控制装置包括现场可编程门阵列，该现场可编程门阵列包括多个输入接口和多个输出接口，且每一接口板通过一对光纤连接到现场可编程门阵列的一个输入接口和一个输出接口。

步骤s52：逐波限流控制装置在接收到任一逆变器发送的逐波限流信号时，同时向所有逆变器发送逐波限流信号。

当逐波限流控制装置包括现场可编程门阵列时，该现场可编程门阵列仅在所有输入接口为非预设电平(例如低电平，即非逐波限流信号)时，使所有输出接口输出非预设电平；而在任一输入接口为预设电平(例如高电平，即逐波限流信号)，使所有输出接口输出预设电平，即触发逐波限流同步。

步骤s53：接口板在接收到来自逐波限流控制装置的逐波限流信号时停止输出。即每一逆变器的逐波限流信号来自于两个通道，一个是其所在逆变器自身硬件电路信号，即逆变器内部触发逐波限流信号，另一个信号来自于外部触发，即逐波限流控制装置的发送过来的逐波限流信号，两个通道的逐波限流信号均可触发逆变器的逐波限流。

如图6所示，为保证上述并联逆变器系统可靠运行，上述逐波限流控制方法还包括自检步骤：

步骤s61：主控模块向逐波限流控制装置发送第一自检命令。该步骤可在并联逆变器系统上电或启动运行时执行。

步骤s62：逐波限流控制装置接收主控模块发送的第一自检命名，并根据第一自检命令向每一逆变器发送自检信号。

步骤s63：逐波限流控制装置接收每一逆变器执行自检操作后返回的第一反馈信号，并将上述第一反馈信号发送到主控模块。逆变器在正常时，向逐波限流装置返回的第一反馈信号为正常。

步骤s64：主控模块根据所述第一反馈信号确定各逆变器均无故障时控制并机控制模块、逆变器以及逐波限流控制装置启动运行。在未接收到某一逆变器的第一反馈信号时，主控模块确认该逆变器故障。

如图7所示，每一所述接口板包括自检模块，上述逐波限流控制方法的自检步骤可通过以下方式实现：

步骤s71：主控模块向每一逆变器发送第二自检命令。该步骤可在并联逆变器系统上电或启动运行时执行。

步骤s72：每一逆变器根据所述第二自检命令启动自检操作，并根据自检操作结果向主控模块发送第二反馈信号。上述逆变器在自检正常时，向主控模块返回的第二反馈信号为正常。

步骤s73：主控模块根据逆变器返回的第二反馈信号确定各逆变器均无故障时控制并机控制模块、逆变器以及逐波限流控制装置启动运行。在未接收到某一逆变器的第二反馈信号时，主控模块确认该逆变器故障。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。