一种辅助电源系统的控制方法、系统及设备与流程
本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种辅助电源系统的控制方法、系统及设备。
背景技术：
辅助电源是交通运营车辆上的常用设备，用于向照明、空调、控制系统等设备输送电能，其安全性以及可靠性尤为重要。
为了保证辅助电源能在孤岛模式下正常运行，辅助电源系统中的并网逆变器通常采用恒频恒压的控制方法，同时，通常会在辅助电源系统的设计上采用冗余配置的方案，以使供电网络能够稳定运行，即通常会采用多台共直流母线的逆变器并联运行。图1示出了常见的两台三相并联逆变器的结构示意图。当多台逆变器在交流侧直接并联时，由于并联逆变器之间的硬件参数和控制参数不一致、开关器件动作不能完全同步，多台并联逆变器之间就会产生环流。主要可以分为：正负序环流、零序环流、开关环流。环流不一致会使并网电流畸变严重，增加损耗，降低系统效率。因此，有效抑制逆变器并联时的环流特别重要。
负序环流通常可以忽略，对于正序环流，可以表现为输出功率不等，因此现有技术中通常使用功率下垂的方式进行逆变器的并联，可以基本消除正序环流。零序环流通常可以采用零序电压注入的方式进行消除。但是，在传统的无互联线的辅助电源系统中，一般没有开关环流的消除方式，只是依靠于逆变器输出端的电抗器进行开关环流的削弱。并且由于逆变器输出端的电抗器体积较大，造价较贵，在实际工程应用中，经常会采用减少阻抗的方式缩小电抗器体积，因此导致开关环流问题愈发严重。
综上所述，如何有效地降低无互联线的辅助电源系统中的开关环流，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种辅助电源系统的控制方法、系统及设备，以有效地降低无互联线的辅助电源系统中的开关环流。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种辅助电源系统的控制方法，应用于各台并联的逆变器中，包括：
在启动完成之后，按照功率下垂的方式进行本逆变器的控制；
判断接收到的模式控制指令为均流指令还是为非均流指令；
如果为均流指令，则按照同步调制的方式进行本逆变器的输出电压的控制，以使所述辅助电源系统中的各台逆变器的载波保持同一相位；
如果为非均流指令，则计算相移时间系数，并在按照所述同步调制的方式进行本逆变器的输出电压的控制时，利用所述相移时间系数调整输出电压的相位，以使所述辅助电源系统中的各台逆变器的载波的相位差降低。
优选的，在按照所述同步调制的方式进行本逆变器的输出电压的控制时，利用所述相移时间系数调整输出电压的相位，包括：
按照同步调制的方式，将本逆变器的输出电压确定为：
其中，ua(k)为逆变器的a相输出电压，ub(k)为逆变器的b相输出电压，uc(k)为逆变器的c相输出电压，uref为给定参考电压，n为载波比，k为1至n之间的整数，δt为相移时间系数。
优选的，所述计算相移时间系数，包括：
通过第一方程计算相移时间系数，所述第一方程表示为：
优选的，所述计算相移时间系数，包括：
通过第二方程计算相移时间系数，所述第二方程表示为：δt＝ηp；其中，η为预设常数，p为逆变器输出的有功功率。
优选的，所述按照同步调制的方式进行本逆变器的输出电压的控制，包括：
按照同步调制的方式，将本逆变器的输出电压确定为：
其中，ua(k)为逆变器的a相输出电压，ub(k)为逆变器的b相输出电压，uc(k)为逆变器的c相输出电压，uref为给定参考电压，n为载波比，k为1至n之间的整数。
优选的，还包括：
接收软切入命令；
在接收所述软切入命令之后的预设的第一时长内，执行软切入进程，并且在所述软切入进程中，本逆变器的下垂系数高于默认下垂系数，在所述软切入进程执行之后的并网运行过程中，本逆变器的下垂系数为所述默认下垂系数。
优选的，在所述软切入进程中，本逆变器的有功功率下垂系数为：kp((tsofton-t)2+1)，其中，kp为本逆变器在并网运行过程中的有功功率默认下垂系数，tsofton为所述第一时长，t为接收所述软切入命令之后所经过的时长，0≤t≤tsofton。
优选的，还包括：
接收软退出命令并执行软退出进程，在所述软退出进程中，本逆变器的下垂系数高于所述默认下垂系数并且逐渐增大；
当检测出输出功率低于预设阈值时关闭所述软退出进程。
一种辅助电源系统的控制系统，应用于各台并联的逆变器中，包括：
功率下垂控制模块，用于在启动完成之后，按照功率下垂的方式进行本逆变器的控制；
模式判断模块，用于判断接收到的模式控制指令为均流指令还是为非均流指令，若为均流指令，则执行同步调制模块，若为非均流指令，则执行可调载波移相模块；
所述同步调制模块，用于按照同步调制的方式进行本逆变器的输出电压的控制，以使所述辅助电源系统中的各台逆变器的载波保持同一相位；
所述可调载波移相模块，用于计算相移时间系数，并在按照所述同步调制的方式进行本逆变器的输出电压的控制时，利用所述相移时间系数调整输出电压的相位，以使所述辅助电源系统中的各台逆变器的载波的相位差降低。
一种辅助电源系统的控制设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序以实现上述任一项所述的辅助电源系统的控制方法的步骤。
应用本发明实施例所提供的技术方案，应用于各台并联的逆变器中，包括：在启动完成之后，按照功率下垂的方式进行本逆变器的控制；判断接收到的模式控制指令为均流指令还是为非均流指令；如果为均流指令，则按照同步调制的方式进行本逆变器的输出电压的控制，以使辅助电源系统中的各台逆变器的载波保持同一相位；如果为非均流指令，则计算相移时间系数，并在按照同步调制的方式进行本逆变器的输出电压的控制时，利用相移时间系数调整输出电压的相位，以使辅助电源系统中的各台逆变器的载波的相位差降低。
本申请的方案中，当逆变器工作在均流模式时，按照同步调制的方式进行本逆变器的输出电压的控制，以使辅助电源系统中的各台逆变器的载波保持同一相位。由于各台逆变器均按照功率下垂的方式进行本逆变器的控制，在均流模式时，便可以使得各台逆变器的调制波的相位和幅值保持一致。由于采用的是同步调制，载波频率与调制波的基波频率成固定比例，因此便可以使得辅助电源系统中的各台逆变器的载波保持同一相位。由于各台逆变器的载波保持同一相位，便消除了开关环流。当逆变器工作在非均流模式时，采用的是可调载波移相的方式。由于在非均流模式时，各台并联逆变器按照指定比例进行功率分配，各台逆变器的输出电流不同，输出阻抗相同，则可知各台逆变器的输出载波并不相同，而是具有一定的相位差。本申请中，计算相移时间系数，并在按照同步调制的方式进行本逆变器的输出电压的控制时，利用相移时间系数调整输出电压的相位，使得辅助电源系统中的各台逆变器的载波的相位差降低，也就降低了开关环流的大小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种两台三相并联逆变器的结构示意图；
图2为本发明中一种辅助电源系统的控制方法的实施流程图；
图3为本发明一种具体实施方式中的辅助电源系统的功率曲线示意图；
图4为本发明中一种辅助电源系统的控制系统的结构示意图；
图5为本发明中一种辅助电源系统的控制设备的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种辅助电源系统的控制方法，有效地降低了辅助电源系统的开关环流。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图2，图2为本发明中一种辅助电源系统的控制方法的实施流程图，该方法应用于各台并联的逆变器中，包括：
步骤s101：在启动完成之后，按照功率下垂的方式进行本逆变器的控制。
辅助电源系统采用的是多台逆变器并联运行的设计，具体并联的逆变器数量，可以根据实际情况进行设定和调整，并不影响本发明的实施，通常的辅助电源系统中，采用的是两台并联逆变器的设计。
本申请中，每一台逆变器采用的软件系统完全一致，因此，本申请从任意一台逆变器的角度对方案进行描述。
逆变器在需要启动时，通常会进行软件系统的初始化，并进行自检。自检完成后，逆变器可以检测母线电压。当检测出母线电压为0时，说明此时辅助电源系统中的其他逆变器并未并网，则可以将自身配置为辅助电源系统的主机，闭合接触器并且进行软启动，当电压大小符合设定值时，例如达到设定的380v时，逆变器启动完成。而当检测出母线电压不为0时，可以将自身配置为辅助电源系统的从机，并进行软启动，之后对逆变器电压进行跟随，在电压满足母线电压的要求时，即相位和幅值均符合母线电压时，逆变器便启动完成。
逆变器在启动完成之后，按照功率下垂的方式进行本逆变器的控制。控制方程可以表示为：
按照功率下垂的方式进行各个逆变器的控制时，可以有效地消除正序环流。
步骤s102：判断接收到的模式控制指令为均流指令还是为非均流指令。
当判断出接收到的模式控制指令为均流指令时，逆变器会工作在均流模式，也即辅助电源系统会工作在均流模式，逆变器会执行步骤s103的操作。模式控制指令通常可以由工作人员进行输入。
相应的，当判断出接收到的模式控制指令为非均流指令时，逆变器会工作在非均流模式，也即辅助电源系统会工作在非均流模式，逆变器会执行步骤s104的操作。
步骤s103：按照同步调制的方式进行本逆变器的输出电压的控制，以使辅助电源系统中的各台逆变器的载波保持同一相位。
通常辅助电源系统使用的是异步spwm(sinusoidalpulsewidthmodulation，正弦脉宽调制)的方式进行调制，在无互联线情况下，辅助电源系统并不能保证各台逆变器的运行时间的一致性，便使得各台逆变器之间会存在载波偏差，进而导致各逆变器调制后得到的开关波形不一致，也就产生了开关环流。
开关环流的大小跟各台逆变器的载波相位有直接关系，同时与开关频率也有直接关系，因此增大系统开关频率可以降低开关环流。但考虑到igbt器件本身对开关频率有要求，同时，增加igbt开关频率会直接导致开关损耗上升，系统发热增加等问题，因此，本申请的方案通过减少逆变器之间的载波相位差的方式来减少开关环流。
由于各台逆变器的输出阻抗基本相同，因此，当辅助电源系统工作在均流模式时，其功率被并网的各台逆变器平均分配。而由于各台逆变器均按照功率下垂的方式进行本逆变器的控制，便使得各台逆变器的调制波保持固定，即可以使得各台逆变器的调制波的相位和幅值保持一致。
传统方案中采用的是系统开关频率固定不变的异步调制。本申请中，采用的是同步调制，载波频率与调制波的基波频率成固定比例，并且由于各台逆变器的调制波的相位和幅值保持一致，因此本申请方案便可以使得辅助电源系统中的各台逆变器的载波保持同一相位。也就是说，本申请的方案可以保证在均流模式的稳定状态下，消除开关环流。
在本发明的一种具体实施方式中，步骤s103可以具体为：按照同步调制的方式，将本逆变器的输出电压确定为：
其中，ua(k)为逆变器的a相输出电压，ub(k)为逆变器的b相输出电压，uc(k)为逆变器的c相输出电压，uref为给定参考电压，n为载波比，k为1至n之间的整数。
步骤s104：计算相移时间系数，并在按照同步调制的方式进行本逆变器的输出电压的控制时，利用相移时间系数调整输出电压的相位，以使辅助电源系统中的各台逆变器的载波的相位差降低。
在非均流模式时，各台并联逆变器按照指定比例进行功率分配，此时由于各台逆变器的输出电流不同，输出阻抗相同，则可知各台逆变器的输出载波并不相同，而是具有一定的相位差。因此，本申请方案利用计算出的相移时间系数调整输出电压的相位，也就使得载波的发波角度得到调整。该相移时间系数的取值与实际情况中的负载，逆变器的输出电阻等因素有关，通过相移时间系数调整了输出电压的相位之后，需要能够使得辅助电源系统中的各台逆变器的载波的相位差降低。
在本发明的一种具体实施方式中，可以通过第一方程计算相移时间系数，第一方程表示为：
在另一种具体实施方式中，考虑到通过第一方程计算相移时间系数时，虽然得出的结果较为准确合理，但计算量较大，并且在大部分场合中，辅助电源系统的负载的功率因素较高。因此，在该种实施方式中，便通过简化后的第二方程计算相移时间系数，第二方程表示为：δt＝ηp；其中，η为预设常数，可以根据工程中的具体情况进行设定和调整，p为逆变器输出的有功功率。
该种实施方式中，第二方程的计算简单方便，并且在负载阻抗zload的大部分常用取值下，相移时间系数δt与逆变器输出的有功功率p大体上满足线性关系，即第二方程的计算结果通常能够满足本申请的需求。
计算出了相移时间系数之后，可以在进行本逆变器的输出电压的控制时，利用相移时间系数调整输出电压的相位，在一种具体实施方式中，可以将本逆变器的输出电压确定为：
其中，ua(k)为逆变器的a相输出电压，ub(k)为逆变器的b相输出电压，uc(k)为逆变器的c相输出电压，uref为给定参考电压，n为载波比，k为1至n之间的整数，δt为相移时间系数。
应用本发明实施例所提供的辅助电源系统的控制方法，应用于各台并联的逆变器中，包括：在启动完成之后，按照功率下垂的方式进行本逆变器的控制；判断接收到的模式控制指令为均流指令还是为非均流指令；如果为均流指令，则按照同步调制的方式进行本逆变器的输出电压的控制，以使辅助电源系统中的各台逆变器的载波保持同一相位；如果为非均流指令，则计算相移时间系数，并在按照同步调制的方式进行本逆变器的输出电压的控制时，利用相移时间系数调整输出电压的相位，以使辅助电源系统中的各台逆变器的载波的相位差降低。
本申请的方案中，当逆变器工作在均流模式时，按照同步调制的方式进行本逆变器的输出电压的控制，以使辅助电源系统中的各台逆变器的载波保持同一相位。由于各台逆变器均按照功率下垂的方式进行本逆变器的控制，在均流模式时，便可以使得各台逆变器的调制波的相位和幅值保持一致。由于采用的是同步调制，载波频率与调制波的基波频率成固定比例，因此便可以使得辅助电源系统中的各台逆变器的载波保持同一相位。由于各台逆变器的载波保持同一相位，便消除了开关环流。当逆变器工作在非均流模式时，采用的是可调载波移相的方式。由于在非均流模式时，各台并联逆变器按照指定比例进行功率分配，各台逆变器的输出电流不同，输出阻抗相同，则可知各台逆变器的输出载波并不相同，而是具有一定的相位差。本申请中，计算相移时间系数，并在按照同步调制的方式进行本逆变器的输出电压的控制时，利用相移时间系数调整输出电压的相位，使得辅助电源系统中的各台逆变器的载波的相位差降低，也就降低了开关环流的大小。
在本发明的一种具体实施方式中，还包括：
步骤一：接收软切入命令；
步骤二：在接收软切入命令之后的预设的第一时长内，执行软切入进程，并且在软切入进程中，本逆变器的下垂系数高于默认下垂系数，在软切入进程执行之后的并网运行过程中，本逆变器的下垂系数为默认下垂系数。
由于采用的是并联系统的冗余设计，当某一个逆变器故障时，会进行该逆变器的闭锁切除，待故障排除后会再次投入运行，这就涉及到逆变器的并网重投过程。在传统的方案中，并网切入方案是先锁相调幅，并入之后直接转入下垂状态，两台逆变器自动进行功率调节。从功率分配上看，对于两台逆变器的结构的辅助电源系统，这两台逆变器都进行了一次至少50％额定功率的负载跳变，同时由于环流阻抗较小，系统便可能产生振荡，甚至还可能导致控制环路崩溃。
因此，本申请的该种实施方式中，逆变器并网切入时，采用的是并网软切入的方案。具体的，逆变器可以接收软切入命令，在接收软切入命令之后执行软切入进程。在软切入进程中，本逆变器的下垂系数会高于默认下垂系数，当软切入进程执行完毕，也就是从接收软切入命令开始，经过了预设的第一时长后，逆变器的下垂系数会恢复为默认下垂系数，即恢复为逆变器正常并网运行时所使用的下垂系数。
例如在一种具体实施方式中，在软切入进程中，本逆变器的有功功率下垂系数为：kp((tsofton-t)2+1)，其中，kp为本逆变器在并网运行过程中的有功功率默认下垂系数，即逆变器在正常并网运行时的有功频率下垂系数，tsofton为第一时长，t为接收软切入命令之后所经过的时长，0≤t≤tsofton。
该种实施方式中，在软切入进程中，逆变器所使用的下垂公式可以表示为：
在该种实施方式中，刚开始执行软切入进程时，逆变器的有功功率下垂系数较高，随着软切入进程的执行，有功功率下垂系数逐渐减小，直至恢复至有功功率默认下垂系数kp的大小。可以看出，在并网初期，由于有功功率下垂系数较大，逆变器的传输功率较小，主要功率传输依然倚靠原有的辅助电源系统中的逆变器，随后功率分配会逐渐变化，在软切入进程结束时，本逆变器的下垂系数便恢复正常，功率可以正常调节。可参阅图3，为一种具体实施方式中的辅助电源系统的功率曲线示意图，该种实施方式的辅助电源系统由两台并网逆变器构成，可以看出，在单台逆变器工作时，全部有功功率和无功功率都由其输出，而当另一台逆变器并入系统的瞬间，两者共同分担了的无功功率，但由于软切入的方案，其有功功率在预定时间内缓缓达到平均分配状态，降低了并网冲击，证明了本申请的软切入方案的可行性。
当然，在其他方式中，可以有其他的下垂公式的具体形式，能够满足软启动的要求即可，并不影响本发明的实施。并且还需要指出的是，该实施方式中，仅对下垂系数中的有功功率下垂系数进行了调整，其他实施方式中，也可以根据需要，同时对无功幅值下垂系数进行调整，并不影响本发明的实施。
在本发明的一种具体实施方式中，还包括：
接收软退出命令并执行软退出进程，在软退出进程中，本逆变器的下垂系数高于默认下垂系数并且逐渐增大；
当检测出输出功率低于预设阈值时关闭软退出进程。
软退出的过程与软切入的过程相反，具体的，在该种实施方式中，在软退出进程中，本逆变器的下垂系数高于默认下垂系数并且逐渐增大。也就是说，下垂系数的变化过程，是以默认下垂系数为初始值，然后逐渐增大的过程。当检测出逆变器的输出功率低于预设阈值时，关闭软退出进程，此时由于逆变器的输出功率较低，便可以切除逆变器，逆变器离网冲击较小。
预设阈值可以根据实际情况进行设定和调整，例如，将逆变器并网运行时的功率的10％作为预设阈值。
相应于上面的方法实施例，本发明实施例还提供了一种辅助电源系统的控制系统，可与上文相互对应参照。
参见图4所示，为本发明中一种辅助电源系统的控制系统的结构示意图，应用于各台并联的逆变器中，包括：
功率下垂控制模块401，用于在启动完成之后，按照功率下垂的方式进行本逆变器的控制；
模式判断模块402，用于判断接收到的模式控制指令为均流指令还是为非均流指令，若为均流指令，则触发同步调制模块403，若为非均流指令，则触发可调载波移相模块404；
同步调制模块403，用于按照同步调制的方式进行本逆变器的输出电压的控制，以使辅助电源系统中的各台逆变器的载波保持同一相位；
可调载波移相模块404，用于计算相移时间系数，并在按照同步调制的方式进行本逆变器的输出电压的控制时，利用相移时间系数调整输出电压的相位，以使辅助电源系统中的各台逆变器的载波的相位差降低。
在本发明的一种具体实施方式中，可调载波移相模块404，具体用于：计算相移时间系数，并在按照同步调制的方式进行本逆变器的输出电压的控制时，将本逆变器的输出电压确定为：
其中，ua(k)为逆变器的a相输出电压，ub(k)为逆变器的b相输出电压，uc(k)为逆变器的c相输出电压，uref为给定参考电压，n为载波比，k为1至n之间的整数，δt为相移时间系数。
在本发明的一种具体实施方式中，可调载波移相模块404，具体用于：
通过第一方程计算相移时间系数；
第一方程表示为：
在本发明的一种具体实施方式中，可调载波移相模块404，具体用于：
通过第二方程计算相移时间系数，第二方程表示为：δt＝ηp；其中，η为预设常数，p为逆变器输出的有功功率；并在按照同步调制的方式进行本逆变器的输出电压的控制时，利用相移时间系数调整输出电压的相位，以使辅助电源系统中的各台逆变器的载波的相位差降低。
在本发明的一种具体实施方式中，同步调制模块403，具体用于：
按照同步调制的方式，将本逆变器的输出电压确定为：
在本发明的一种具体实施方式中，还包括软切入模块，用于：
接收软切入命令；
在接收软切入命令之后的预设的第一时长内，执行软切入进程，并且在软切入进程中，本逆变器的下垂系数高于默认下垂系数，在软切入进程执行之后的并网运行过程中，本逆变器的下垂系数为默认下垂系数。
在本发明的一种具体实施方式中，在软切入模块执行的软切入进程中，本逆变器的有功功率下垂系数为：kp((tsofton-t)2+1)，其中，kp为本逆变器在并网运行过程中的有功功率默认下垂系数，tsofton为第一时长，t为接收软切入命令之后所经过的时长，0≤t≤tsofton。
在本发明的一种具体实施方式中，还包括软退出模块，用于：
接收软退出命令并执行软退出进程，在软退出进程中，本逆变器的下垂系数高于默认下垂系数并且逐渐增大；
当检测出输出功率低于预设阈值时关闭软退出进程。
相应于上面的方法和系统实施例，本发明实施例还提供了一种辅助电源系统的控制设备，参见图5所示，为本发明中一种辅助电源系统的控制设备的结构示意图，包括：
存储器501，用于存储计算机程序；
处理器502，用于执行计算机程序以实现上述任一实施例中的辅助电源系统的控制方法的步骤。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！