均流控制方法及单相逆变器并联系统与流程

本发明涉及供电领域，更具体地说，涉及一种均流控制方法及单相逆变器并联系统。

背景技术：

随着电力电子技术的发展，各种电能变换技术取得了巨大进步，逆变器的使用能有效的解决供电质量的问题。

在某些应用关键性设备或要求供电不间断的场合中，若逆变器模块发生故障，会导致后续负载设备供电的中断。为此，出现了逆变器并联系统，其包括多台并联连接的逆变器，在向负载设备供电时，逆变器并联系统中的所有逆变器工作在均流状态，若一台逆变器出现故障，可自行退出逆变器并联系统，其他逆变器继续对负载设备供电，而不会影响整个系统运行，负载设备正常供电，提高了供电稳定性和可靠性。此外，上述逆变器并联系统还可提高容量，即在多台逆变器并联时，可满足负载设备对供电系统大的容量要求。

与直流电源不同，逆变器输出为正弦波，多个逆变器并联时对输出电压的相角和幅值有要求，输出电压的幅值、相位的不同，将在逆变器并联系统之间产生谐波环流，引起不均流现象，严重时会导致其中一台或者多台逆变器出现过载或因被灌过压而关机现象，影响逆变器并联系统的稳定运行。

为消除逆变器并联系统中的不均流现象，需要对逆变器并联系统的输出电流均分进行控制。目前在实现输出电流均分控制时，通过计算一个工频周期内的有功及无功电流有效值，并根据上述有功及无功电流有效值对逆变器进行调节。但对于由多台单相输出的逆变器构成的逆变器并联系统，仅靠一个工频周期内计算的有效值进行有功及无功调节，均流效果较差，尤其是在突加、突卸动态时，容易导致逆变器并联系统不均流度增大，严重时会导致关机。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对上述由多个单相逆变器构成的逆变器并联系统在突加、突卸动态时不均流的问题，提供一种均流控制方法及单相逆变器并联系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种均流控制方法，用于实现单相逆变器并联系统的运行控制，所述单相逆变器并联系统包括多台单相逆变器；所述方法包括在每一所述单相逆变器上执行的以下步骤：

a.按照采样周期实时采样本机的输出电流瞬时值，并根据所述输出电流瞬时值计算本机在一个工频周期内的输出有功电流有效值和输出无功电流有效值，所述采样周期小于所述工频周期；

b.获取所述单相逆变器并联系统中所有单相逆变器在当前采样周期的输出电流瞬时值、输出有功电流有效值和输出无功电流有效值，并计算所有单相逆变器在当前采样周期的平均瞬时输出电流、平均输出有功电流有效值以及平均输出无功电流有效值；

c.根据所述本机的输出电流瞬时值以及平均瞬时输出电流获得瞬时电压外环给定补偿量，根据本机的输出有功电流有效值和所述平均输出有功电流有效值获得电压有效值补偿量，以及根据本机的输出无功电流有效值和所述平均输出无功电流有效值获得相位调节量；

d.根据所述瞬时电压外环给定补偿量、电压有效值补偿量以及相位调节量叠加到本机的控制器中，以获得本机的幅值给定和相位给定，并根据所述幅值给定和相位给定实时调整输出到本机的功率单元的pwm驱动信号。

优选地，所述方法还包括：

所述单相逆变器并联系统中的主机将跟踪目标相位通过通过工频同步信号发送到所述单相逆变器并联系统的并机总线上；

每一所述单相逆变器获取所述单相逆变器并联系统的并机总线上的工频同步信号，根据所述工频同步信号捕获结果计算出工频同步信号的步长，并根据发送和接收工频同步信号的中断时刻计算本机的pwm发波的时间差，根据工频同步信号的步长控制得到所述单相逆变器并联系统的锁相步长，根据工频同步信号的收发时刻控制得到高频同步调节量，所述步骤d根据所述锁相步长和高频同步调节量调整输出到本机的功率单元的pwm驱动信号。

优选地，根据所述瞬时电压外环给定补偿量、电压有效值补偿量以及相位调节量叠加到本机的控制器中，以获得本机的幅值给定和相位给定，并根据所述幅值给定和相位给定实时调整输出到本机的功率单元的pwm驱动信号，包括：

d1.将所述电压有效值补偿量叠加到本机的目标电压有效值参数上，获得本机的电压有效值给定，并通过所述本机的电压有效值环调节电压有效值给定。

优选地，所述通过所述本机的电压有效值环调节电压有效值给定，包括：

d11.获得本机输出电压反馈值，并根据所述本机输出电压反馈值计算本机在一个工频周期内的反馈电压有效值；

d12.根据所述本机电压有效值给定以及所述反馈电压有效值获得电压有效值调节量。

优选地，根据所述瞬时电压外环给定补偿量、电压有效值补偿量以及相位调节量叠加到本机的控制器中，以获得本机的幅值给定和相位给定，并根据所述幅值给定和相位给定实时调整输出到本机的功率单元的pwm驱动信号，包括：

d2.将所述相位调节量叠加到本机的锁相相位角上，获得本机的发波相位角；

d3.将所述电压有效值调节量与所述本机的电压有效值给定的和，乘以所述本机的发波相位角的正弦值，获得瞬时电压外环给定；

d4.将所述瞬时电压外环给定补偿量叠加到所述瞬时电压外环给定，获得本机瞬时电压给定值；

d5.根据所述本机瞬时电压给定值与本机输出电压反馈值通过电压调节器调节，获得电压外环输出量；

d6.将所述电压外环输出量加上逆变电流前馈值，得到电流内环的电流给定；

d7.将所述电流内环给定与直流分量调节量做差，然后与本机的输出电流瞬时值通过电流调节器调节，获得电流内环输出量；

d8.将所述电流内环输出量加上瞬时电压给定前馈值得到用于控制器发波的pwm驱动信号。

本发明还提供一种单相逆变器并联系统，包括多台单相逆变器以及信号传输装置，且所述信号传输装置与每一所述单相逆变器连接；所述信号传输装置包括多个信号收发单元，每一所述单相逆变器包括电流采样单元、电流计算单元、同步信号计算单元、调节单元以及驱动控制单元，其中：

每一所述信号收发单元与一个单相逆变器连接，用于发送本机的输出电流瞬时值、输出有功电流有效值和输出无功电流有效值，接收从其他所有信号收发单元对应的单相逆变器的输出电流瞬时值、输出有功电流有效值和输出无功电流有效值，以及收发工频同步信号；

所述电流采样单元，用于按照采样周期实时采样本机的输出电流瞬时值，所述采样周期小于所述工频周期；

所述电流计算单元，用于根据本机输出电流瞬时值计算本机在一个工频周期内的输出有功电流有效值和输出无功电流有效值，并根据来自对应信号收发单元的单相逆变器并联系统中所有单相逆变器在当前采样周期的输出电流瞬时值、输出有功电流有效值和输出无功电流有效值，计算出所有单相逆变器在当前采样周期的平均瞬时输出电流、平均输出有功电流有效值以及平均输出无功电流有效值；

所述同步信号计算单元，用于根据工频同步信号捕获结果计算出工频同步信号的步长，并根据发送和接收工频同步信号的中断时刻计算本机的pwm发波的时间差；

所述调节单元，用于根据所述本机的输出电流瞬时值以及平均瞬时输出电流获得瞬时电压外环给定补偿量，根据本机的输出有功电流有效值和所述平均输出有功电流有效值获得电压有效值补偿量，根据本机的输出无功电流有效值和所述平均输出无功电流有效值获得相位调节量，以及根据本机的pwm发波的时间差得到高频同步调节量；

所述驱动控制单元，用于根据所述瞬时电压外环给定补偿量、电压有效值补偿量以及相位调节量叠加到本机的控制器中，以获得本机的幅值给定和相位给定，并根据所述幅值给定和相位给定实时调整输出到本机的功率单元的pwm驱动信号。

优选地，所述驱动控制单元包括第一调节器，用于根据本机的目标电压有效值和电压有效值补偿量之差获得本机的电压有效值环给定。

优选地，所述驱动控制单元包括运算子单元，所述运算子单元根据本机电压有效值给定以及反馈电压有效值获得电压有效值调节量，所述反馈电压有效值根据所述本机的输出电压采样值计算获得。

优选地，所述驱动控制单元包括相位角获取子单元、电压外环给定获取子单元、瞬时电压给定获取子单元以及第二调节器，其中：

所述相位角获取子单元，用于根据工频同步信号步长锁相得到的锁相相位角，并将所述相位调节量叠加到本机的锁相相位角上，获得本机的发波相位角；

所述电压外环给定获取子单元，用于将所述电压有效值调节量与所述本机的目标电压有效值的和，乘以所述本机的发波相位角的正弦值，获得瞬时电压外环给定；

所述瞬时电压给定获取子单元，用于将所述瞬时电压外环给定补偿量叠加到所述瞬时电压外环给定，获得本机瞬时电压给定值；

所述第二调节器，用于根据所述本机瞬时电压给定值与本机输出电压反馈值通过电压调节器调节获得电压外环输出量，电压外环输出量加上逆变电流前馈值，得到电流内环的电流给定，电流内环给定值与直流分量做差，然后与本机的输出电流瞬时值通过电流调节器调节，获得电流内环输出量，电流内环输出量再加上瞬时电压给定前馈值得到用于控制器发波的pwm驱动信号。

本发明还提供一种单相逆变器并联系统，其特征在于，包括多台单相逆变器以及信号传输装置，且所述信号传输装置与每一所述单相逆变器连接；每一所述单相逆变器包括存储器和处理器，且所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述均流控制方法的步骤。

本发明的均流控制方法及单相逆变器并联系统，由每一单相逆变器在每一采样周期，根据平均瞬时输出电流、平均输出有功电流有效值以及平均输出无功电流有效值调整pwm驱动信号，从而在突加、突卸动态时快速响应，提高并联系统的均流性能。

附图说明

图1是本发明实施例提供的均流控制方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的均流控制方法的应用环境的示意图；

图3是本发明实施例提供的均流控制方法中调整输出到功率单元的pwm驱动信号的示意图；

图4是本发明实施例提供的单相逆变器并联系统的示意图。

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1所示，是本发明实施例提供的均流控制方法的流程示意图，该方法用于实现单相逆变器并联系统的运行控制。结合图2，上述单相逆变器并联系统包括多台单相逆变器(例如有m台，且m≥2)以及一个信号传输装置(并机总线)，该方法包括在每一单相逆变器上执行的以下步骤：

步骤s1：按照采样周期(该采样周期远小于工频周期，具体可根据单相逆变器并联系统内的控制精度要求设置，例如工频周期可以为采样周期的100倍以上)实时采样本机(即当前单相逆变器)的输出电流瞬时值ioutn(假设本机为单相逆变器并联系统中第n台单相逆变器，m≥n≥1)，并根据采样的输出电流瞬时值ioutn计算本机在一个工频周期内(即以当前采样周期为最后时刻的一个工频周期内)的输出有功电流有效值ipn和输出无功电流有效值iqn(即当前周期的输出有功电流有效值ipn和输出无功电流有效值iqn)。上述输出有功电流有效值ipn和输出无功电流有效值iqn的计算方法可采用现有方式，在此不再赘述。

步骤s2：通过信号传输装置(为保证信号的实时性，该信号传输装置可通过光纤或其它通讯方式与各台单相逆变器分别连接)发送本机的当前采样周期的输出电流瞬时值、输出有功电流有效值和输出无功电流有效值到单相逆变器并联系统的并机总线，同时获取所有其他单相逆变器在当前采样周期的输出电流瞬时值iout1、iout2、…、ioutm、输出有功电流有效值ip1、ip2、…、ipm和输出无功电流有效值iq1、iq2、…、iqm，并根据所有单相逆变器在当前采样周期的输出电流瞬时值iout1、iout2、…、ioutm、输出有功电流有效值ip1、ip2、…、ipm和输出无功电流有效值iq1、iq2、…、iqm计算m台单相逆变器的平均瞬时输出电流平均输出有功电流有效值以及平均输出无功电流有效值作为主机的单相逆变器还需要发送工频同步信号，所有单相逆变器捕获上述工频同步信号，并计算出工频同步信号的步长和各自(即本机)的pwm发波的时间差。

步骤s3：根据当前周期的本机输出电流瞬时值ioutn以及平均瞬时输出电流获得瞬时电压外环给定补偿量δv′(例如通过pi调节器调节获得)，根据本机输出有功电流有效值ipn和平均输出有功电流有效值获得电压有效值补偿量δv(例如通过pi调节器调节获得)，以及根据本机输出无功电流有效值iqn和平均输出无功电流有效值获得相位调节量δθ(例如通过pi调节器调节获得)。

步骤s4：根据瞬时电压外环给定补偿量δv′、电压有效值补偿量δv以及相位调节量δθ获得本机的幅值给定和相位给定，并根据上述幅值给定、相位给定实时调整输出到本机的功率单元的pwm驱动信号。该pwm驱动信号用于单台逆变器的功率单元开关控制。

上述均流控制方法由每一单相逆变器在每一采样周期，根据平均瞬时输出电流、平均输出有功电流有效值以及平均输出无功电流有效值调整pwm驱动信号，从而在突加、突卸动态时快速响应，提高并联系统的均流性能。

具体地，上述步骤可包括：将电压有效值补偿量δv叠加到本机的目标电压有效值参数vcmd上(即做差值运算)，获得本机的电压有效值给定vref，然后再通过本机的电压有效值环调节电压有效值给定，并结合电压外环给定补偿量δv′、相位调节量δθ对输出的pwm驱动信号进行调整。

结合图3，上述通过本机的电压有效值环调节电压有效值给定具体可包括：首先获得本机输出电压反馈值(例如通过采样本机的输出端电压)，并根据本机输出电压反馈值计算本机在一个工频周期内的反馈电压有效值vrms；然后再根据本机电压有效值给定vref以及所述反馈电压有效值vrms获得电压有效值调节量δvrms，并将该电压有效值调节量δvrms作为电压有效值环的输出。

在获得电压有效值环的输出后，可通过以下步骤对输出到功率单元的pwm驱动信号进行调整：

将相位调节量δθ叠加到本机的锁相相位角θ′(根据单相逆变锁相控制器获得)上，获得本机的发波相位角θref；然后，将电压有效值调节量δvrms与本机的电压有效值给定vref的和，乘以本机的发波相位角θref的正弦值sinθref，获得瞬时电压外环给定v′act；

将瞬时电压外环给定补偿量δv′叠加到瞬时电压外环给定v′act，获得本机瞬时电压给定值vact；

根据本机瞬时电压给定值vact与本机输出电压反馈值vout通过电压调节器调节获得电压外环输出量(例如通过pi调节器调节获得)，电压外环输出量加上逆变电流前馈值iinv，获得电流内环的电流给定iref并将电流给定iref调节处理后生成pwm驱动信号。具体为：电流给定iref减去计算得到的直流分量调节量idccur，然后与采样获得的输出电流瞬时值iout进行调节得到电流内环输出量(例如通过pi调节器调节获得)，电流内环输出量加上瞬时电压给定前馈值vact获得控制器发波的pwm驱动信号。

在本发明的一个实施例中，单相逆变器并联系统中的多台单相逆变器中，包括一台主机。该主机可将跟踪目标相位通过工频同步信号发送到所述单相逆变器并联系统的并机总线上。具体地，上述主机可根据单相逆变器并联系统系统的旁路状态，确定跟踪目标为旁路或者本振，例如在旁路状态下，选择旁路作为跟踪目标，在非旁路状态下，选择本振作为跟踪目标。

此时，每一单相逆变器(可包括或不包括主机)获取单相逆变器并联系统的并机总线上的工频同步信号，并根据所述工频同步信号捕获结果计算出工频同步信号的步长，并根据发送和接收工频同步信号的中断时刻计算本机的pwm发波的时间差，根据工频同步信号的步长控制得到所述单相逆变器并联系统的锁相步长，根据工频同步信号的收发时刻控制得到高频同步调节量。此时，步骤s4可根据上述锁相步长和高频同步调节量调整输出到本机的功率单元的pwm驱动信号。

每一单相逆变器可根据从总线捕获的工频同步信号计算得到系统运行的目标频率步长和过零时刻点。具体地，单相逆变器可先通过当前发波频率步长和目标频率差，通过pi调节得到频率调节量；再通过过零时刻差计算出当前跟踪目标相差e(n)，然后经过虚拟锁相算法得到相位调节量k0*e(n)-k1*e(n-1)，结合频率调节量得到当前的逆变发波相角。

此外，还可通过工频同步信号来实现高频同步。此时主机发送工频同步信号，不调节pwm发波周期；单相逆变器捕获该信号，记录捕获时刻点，计算捕获时刻点和逆变器控制的时刻点差值，调节pwm发波周期(每次只能调节一个微小量)，经过持续不断调节，使得各个单相逆变器的pwm载波计数器完全对齐，从而实现高频同步。

如图2、4所示，本发明还提供一种单相逆变器并联系统，该系统包括多台单相逆变器2以及信号传输装置1，且信号传输装置1与每一单相逆变器2连接(为保证信号的实时性，信号传输装置1与单相逆变器2之间可通过光纤或者其它通讯方式连接)；且上述信号传输装置1包括多个信号收发单元11(与单相逆变器2的数量相同)，每一单相逆变器包括电流采样单元21、电流计算单元22、同步信号计算单元23、调节单元24以及驱动控制单元25，上述电流采样单元21、电流计算单元22、同步信号计算单元23、调节单元24以及驱动控制单元25具体可结合运行于单相逆变器2的控制器的软件构成。

每一信号收发单元11与一个单相逆变器2连接，用于从单相逆变器2接收本机输出电流瞬时值、输出有功电流有效值和输出无功电流有效值，并将本机的输出电流瞬时值、输出有功电流有效值和输出无功电流有效值发送到系统的并机总线，以及从其他所有信号收发单元11接收对应的输出电流瞬时值、输出有功电流有效值和输出无功电流有效值并发送到单相逆变器2(即与该信号收发单元11连接的单相逆变器2)。

电流采样单元21用于按照采样周期实时采样本机的输出电流瞬时值，该采样周期远小于工频周期。上述采样周期的具体值，可根据单相逆变器并联系统控制精度的要求调整，控制精度要求越高，采样周期越短。

电流计算单元22用于根据本机输出电流瞬时值计算本机在一个工频周期内的输出有功电流有效值和输出无功电流有效值，并根据来自对应信号收发单元11的所述单相逆变器并联系统中所有单相逆变器在当前采样周期的输出电流瞬时值、输出有功电流有效值和输出无功电流有效值，计算平均瞬时输出电流、平均输出有功电流有效值以及平均输出无功电流有效值。

同步信号计算单元23用于根据工频同步信号捕获结果计算出工频同步信号的步长，并根据发送和接收工频同步信号的中断时刻计算各机pwm发波的时间差。

调节单元24用于根据本机输出电流瞬时值以及平均瞬时输出电流获得瞬时电压外环给定补偿量，根据本机输出有功电流有效值和所述平均输出有功电流有效值获得电压有效值补偿量，以及根据本机输出无功电流有效值和平均输出无功电流有效值获得相位调节量。

驱动控制单元25用于根据瞬时电压外环给定补偿量、电压有效值补偿量以及相位调节量调整输出到功率单元的pwm驱动信号。

优选地，上述驱动控制单元25可包括第一调节器。通过该第一调节器，驱动控制单元25可根据本机的目标电压有效值和电压有效值补偿量之差获得本机的电压有效值环给定，上述本机的电压有效值环给定用作电压有效值环的输入。

并且，驱动控制单元25还可包括运算子单元，该运算子单元可根据本机电压有效值给定以及反馈电压有效值获得电压有效值调节量，反馈电压有效值根据所述本机输出电压反馈值计算获得。

上述驱动控制单元25还可包括相位角获取子单元、电压外环给定获取子单元、瞬时电压给定获取子单元以及第二调节器，其中：相位角获取子单元用于根据工频同步信号步长锁相得到的锁相相位角，并将所述相位调节量叠加到本机的锁相相位角上，获得本机的发波相位角；电压外环给定获取子单元用于将所述电压有效值调节量与所述本机的电压有效值给定的和，乘以所述本机的发波相位角的正弦值，获得瞬时电压外环给定；瞬时电压给定获取子单元用于将所述瞬时电压外环给定补偿量叠加到所述瞬时电压外环给定，获得本机瞬时电压给定值；第二调节器用于根据所述本机瞬时电压给定值与本机输出电压反馈值通过电压调节器调节获得电压外环输出量，电压外环输出量加上逆变电流前馈值，得到电流内环的电流给定，电流内环给定值与直流分量调节量做差，然后与本机采样的输出电流瞬时值通过电流调节器调节，获得电流内环输出量，电流内环输出量再加上瞬时电压给定前馈值得到用于控制器发波的pwm驱动信号。

本发明还提供一种单相逆变器并联系统，包括多台单相逆变器以及信号传输装置，且信号传输装置与每一单相逆变器连接；每一单相逆变器包括存储器和处理器，且所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如上所述方法的步骤。本实施例中的单相逆变器并联系统与上述实施例中的均流控制方法属于同一构思，其具体实现过程详细见对应的方法实施例，且方法实施例中的技术特征在本设备实施例中均对应适用，这里不再赘述。

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。