专利名称：逆变器系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种由若干并联工作的逆变器组成的逆变器系统，即一种即便在负载经历突然变化的情况下，亦能保持各逆变器上负载均衡分配的逆变器系统。
当所需容量为单个逆变器所不能保障，或当可靠性需要加强，比如在使用逆变器的供电系统中，常常使用多个逆变器并联工作，在这种场合，为使逆变器系统有一个与并联工作的逆变器之数目相应的容量，要求使各个逆变器均等地承担负载。
参照
图1，所示的例子是一通常的控制系统的线路结构旨在保持各个逆变器间负载的均衡(见日本专利公开公报(JP-B)No.46955/1983)。这个控制系统旨在使用两个并联工作的逆变器3a及3b。第一逆变器3a包含于第一逆变器单元1a，第二逆变器3b包含在第二逆变器单元1b。这两个逆变器单元1a及1b将从直流电源2得来的直流电源转换成交流并送至负载20。必须注意到，在这份说明书中，后缀a被附到标号上表示属于逆变器单元1a的部件，后缀b被附加到标号上表示属于逆变器单元1b的部件，借以区分两逆变器单元的部件，直流电源2亦可以由一交流电源和一整流器构成，或由电池构成。更进一步，这种直流电源2也可采用上述两种电源系统的合适组合，而且，直流电源还可以分别加到逆变器单元1a和1b上。在逆变器3a及3b的输出端子上分别连有交流滤波器4a及4b以改进波形。在许多实例中，这种滤波器由扼流线圈及电容器构成。但是，如果有变压器分别接在逆变器3a与负载12以及3b与负载12之间，各变压器本身的阻抗可替代分立的扼流线圈。
逆变器3a及3b的输出电流Ia及Ib分别由在交流滤波器4a及4b输出端的电流检测器11a及11b检测。在第一逆变器单元1a中，电流增量△Ia＝Ia-Ib由减法器12a提供。同样，在第二逆变器单元1b中，电流增量△Ib＝Ib-Ia由减法器12b提供。电压检测器13a及13b检测来自逆变器单元1a及1b的公共输出电压V。基于该电压V以及检出的电流增量△Ia及△Ib，有效功率检测器9a计算出有效功率增量△Pa＝△·△Ia·Cosθ，有效功率检测器9b计算出有效功率增量△Pb＝V·△Ib·Cosθ。更进一步，基于上述同样的检测值，无功功率检测器10a计算出无功功率增量△Qa＝V·△Ia·Sinθ，无功功率检测器10b计算出无功功率增量△Qb＝V·△Ib·Sinθ。必须注意式中θ是检测出的电压与检测出的电流间的相位差。从由一个基准频率发生器(OSC)7a和一个同步控制器(PLL)8a构成的同步控制电路来的输出，根据有效功率增量△Pa加以控制。同样从由一个基准频率发生器(OSC)7b和一个同步控制器(PLL)8b构成的同步控制电路来的输出，根据有效功率增量△Pb加以控制。功率增量△Pa，△Pb，△Qa和△Qb中的每一个对应于和相应功率检测器中变换系数相乘变换得到的电压信号。频率发生器7a及7b将基准频率fr送至同步控制器8a及8b。同步控制器8a及8b分别产生频率控制信号供给选通信号发生器(PWM)5a及5b以便为PWM(脉宽调制)控制产生控制脉冲。更进一步，电压控制器(VC)6a及6b基本上用于使由电压检测器13a及13b所检测的电压V与基准电压Vr保持一致。在本例中，电压控制器6a及6b将根据无功功率增量△Qa及△Qb来校正各逆变器输出电压的幅度，以便平衡两逆变器3a及3b的输出电流Ia及Ib分别为到选通信号发生器5a及5b的电压幅度提供控制信号。基于从同步控制器8a及8b及电压控制器6a及6b得到的控制信号，选通信号发生器5a和5b控制相应逆变器3a及3b的输出电压。
在图1的逆变器系统中，基于有效功增量△Pa及△Pb以及无功功率增量△Qa及△Qb实施控制，使得各逆变器单元1a及1b均衡获得功率、亦即，到负载20的电流。用于检测有效功率增量△Pa及△Pb的有效功率检测器9a及9b，以及用来检测无功功率增量△Qa及△Qb的无功功率检测器10a及10b将检测出功率的平均值而非瞬态值。换言之，该控制系统，基于上述检测，用来控制功率算平均值，而不是功率的瞬间值。因此，这个控制系统不仅需要时间来计的平均值，而且包括功率检测系统中的一个作为延时元件的滤波器。相应地，有了这个控制系统以后，检测中的延时将会增加。因此，例如，在负载20突然变化时，将有可能出现瞬间的在各逆变器单元1a和1b上负载分配的不均衡，在极端的情况下，那个分到较多电流的逆变器单元可能会进入过载状态，导致工作的中止。
本发明的一个目的是提供一种包括并联的若干逆变器的逆变器系统，该系统即使在瞬时状态、如负载突变时，该逆变器系统能保持各逆变器上的负载均等分配，从而使这些逆变器能更稳定地工作。
为达到上述目标，按照本发明，提供一种包括若干并联连接的逆变器的逆变器系统。
其中每个逆变器包含有电流检测装置用以检测相应逆变器的输出电流;
电压控制装置用以产生与相应逆变器上的基准电压与实际电压之差相应的电压控制信号;
频率控制装置用以产生与相应逆变器上的基准频率与实际频率之差相应的频率控制信号;
电流增量产生装置，基于电流检测装置的检测结果，为相应逆变器产生电流增量信号;
d-q轴正交座标变换装置，将电流增量产生系统产生的电流增量信号转换成d-q轴正交座标系统中的信号，从而产生与相应逆变器输出电压频率相关的第一校正信号，以及与输出电压幅度相关的第二校正信号;
第一校正装置，用于以第一校正信号校正频率控制信号;
第二校正装置，用于以第二校正信号校正电压控制信号;以及用来根据第一校正装置及第二校正装置的输出控制相应逆变器的装置。
在所附图中图1 显示了通常控制系统的方框图;
图2 显示了根据本发明的一个实例的方框图;
图3A，3B及3C显示了图2.所示系统中电压控制器的几种不同结构实例的方框图;
图4A，4B及4C显示了图2系统中同步控制器的几种不同结构实例的方框图。
在图2中，与图1中相同的部件分别用相同的标号标注。在此实施例中，d轴坐标变换部件14a及14b分别取代图1中的功率检测器9a及9b，q轴坐标变换部件分别取代图1中的无功功率检测器10a和10b。电压控制器(VC)16a，16b及同步控制器(PLL)8a，8b将在后面参照图3及4加以说明。d轴坐标变换部件14a和14b实时地将两逆变器的电流增量△Ia及△Ib转换成d-q坐标系中d方向的分量△Ida及△Idb，再进一步将这两分量分别乘以变换系数而转换成第一电压校正信号△Vda，△Vdb并输出。同样，q轴坐标变换部件15a和15b将两逆变器的电流增量△Ia和△Ib转换成d-q坐标系中q方向的分量△Iqa，△Iqb进一步再将其分别乘以变换系数而变换成第二电压校正信号△Vqa和△Vqb并输出。请注意，d-q坐标变换处理在比如B.K Bose′POWER ELECTRONICS AND AC DRIVES′ Prentice-Hall Inc.1986，§2.1中有所公开。
由d轴坐标变换部件14a及14b提供的第一电压校正信号△Vda及△Vdb被引入同步控制器8a及8b作为频率校正信号以使两逆变器单元1a和1b间的电流差值变为零。每个同步控制器8a及8b由一锁相环(PLL)构成。
基准电压Vr，实际电压信号V及第二电压校正信号△Vqa被引入电压控制器16a。同样，基准电压Vr，实际电压信号V，及第二电压校正信号△Vqb被引入电压控制器16b。
d轴坐标变换部件14a和14b以及q轴坐标变换部件15a和15b用于实时地完成对电流增量信号的瞬时值的d-q坐标变换处理，而且不含任何延时。因此，即便是在负载20突变的瞬时状态，控制系统可以充分高速地适应。从而，能够始终保持逆变器单元间负载的满意的均衡分担。
图3A至3C示出了电压控制器16a及16b的细节。图3A至3C中电压控制器中的每个基本都含有加法器17以及连在输出侧的一个PI(比例积分)动作控制器。
在图3A的电压控制器中，基准电压Vr由电压检测器13a，13b检出的实际电压信号V，以及由q轴坐标变换部件15a及15b输出的第二校正信号△Vqa，△Vqb(两者统称为电压校正信号△Vq)被引入加法器17。换言之，这电压控制器具有如下特征在众所周知的PI动作型电压控制器中(该电压控制器设计成使基准电压Vf和实际电压V的偏差△V(＝Vf-V)接近于零)，上述偏差△V将被电压校正信号△Vq进一步校正。用这种控制电路，总的或说合成的电流控制能力是极佳的。因为电压校正信号△Vq是由主环处理的，但电流控制特性不是很好，因为电压校正信号△Vq是经过PI动作控制器18处理的。
接下来看图3B的电压控制器，该周知的电压控制器由加法器17及控制器18构成，输入有基准电压Vr及实际电压信号V。在控制器18的输出侧也提供加法器19，电压校正信号△Vq通过增益调节器20输入加法器19。同样，用这种电路得到的控制结果与图3A中的电路相似。用这种电路，总的电流控制能力并不一定好，因为电压校正信号△Vq是由小环处理，但是电流控制特性极好，因为电压校正信号△Vq的处理不须经过PI动作控制器18。
又，图3C所示电压控制器的特点在于，电压校正信号△Vq被引入控制器18输入侧的加法器17，同时通过增益调节器20也引入在控制器18输出侧上的加法器19。图3c所示电压控制器特点是它通常具备图3A电压控制器的优点，也具备图3B电压控制器的优点，亦即，图3C所示电压控制器的总体电流控制能力和电流控制特性都非常好。
图4A至4C分别示出同步控制器(PLL)8a和8b的细节。同步控制器图4A至4C的每一个基本上都包含一个相位误差检测器(PHD)21，一个低通滤波器(LPF)23，及一个电压控制振荡器(VCO)24。
在图4A所示同步控制器中，在相位误差检测器21和低通滤波器23之间插入一个加法器22，校正信号△Vda和△Vdb(两者流称为电压校正信号△Vd)被引入加法器22。相位误差检测器21比较包含在实际电压信号V中的频率信息与基准频率fr，根据其偏差输出一个偏差信号。这个偏差信号通过加法器22被电压校正信号△Vd加以校正，而这个被校正的偏差信号被进一步通过低通滤波器23送达电压控制的振荡器24。当低通滤波器23与一运算放大器组合一起时，它不仅能滤除谐波分量，而且具有放大特性，即PI特性。电压控制的振荡器24产生与低通滤波器23的输出成比例的频率信号并送到选通信号发生器(PWM)5a及5b。
在图4A的同步控制器中，因为第一电压校正信号△Vd是通过低通滤波器23处理，所以特性不一定好。为消除这点，最好采用图4B的电路结构。
在图4B所示的同步控制器中，在低通滤波器23和电压控制的振荡器24之间提供一个加法器25。电压校正信号△Vd的校正操作通过增益调节器26和加法器25来实现。使用此种结构，电压校正信号△Va不通过低通滤波器23而进行处理，从而图4A所遇到的缺陷得到克服，因而得到所希望的响应特性。
图4C的同步控制器的特性在于电压校正信号△Vd被引入处在低通滤波器23输入侧的加法器22以及通过增益调节器26引入处在低通滤波器输出侧的加法器25。图4C所示同步控制器特点在于它通常具备图4A同步控制器的优点和图4B同步控制器的优点。亦即，图4C的同步控制器的总的电流控制能力及电流控制特性都非常好。
选通信号发生器(PWM)5a及5b基于从同步控制器8a及8b来的频率控制信号以及从电压控制器5a及5b来的电压控制信号对逆变器3a及3b进行控制。
在图2所示系统中，相应于仅提供两个逆变器单元1a和1b的电流增量信号△Ia、△Ib是由等式△Ia＝Ia-Ib及△Ib＝Ib-Ia表示。当逆变器个数为3或更多时，使用增量△Ii(＝Ii-Iav)即相应逆变器电流Ii与一个所有逆变器电流的平均值Iav＝(1/n)∑Ii(i＝a～n)的差是足够的。
注意，在图2系统中，逆变器单元的输出电流是由在交流滤波器4a及4b一侧B处的电流检测器11a及11b检测的，因此，检出的电流被定为滤波器4a、4b的输出电流减去流入滤波器4a，4b的电容中的电流。从而，为了更精确地平衡滤波器4a，4b的输出电流，将电流检测器11a，11b放置在交流滤波器4a及4b的输入端A就足够了(即，在逆变器3a及3b的输出端)。
在上述实施例中，d轴坐标变换部件14a及14b用来决定电流增量△Ia、△Ib在d轴方向上的分量△Ida，△Idb，q轴坐标变换部件15a及15b用来决定电流增量△Ia、△Ib在q轴方向的分量△Iqa、△qb。但是，在有些情况下，在d-q轴坐标变换处理时，与参照系轴的设置方式相关，在d轴方向上的分量△Id及△Idb并不直接对应于校正逆变器输出电压之相位和频率的信号，在q轴方向上的分量△Iqa及△Iqb并不直接对应于校正逆变器输出电压幅度的信号，在这种场合，需要通过分解/合成d轴向分量和q轴的分量来提供所希望的校正信号。
在图2系统中各部件的计算可由一微处理器完成。
权利要求
1.一种包含若干并联的逆变器的逆变器系统，其特征在于所述若干逆变器中的每一个包含有检测相应逆变器的输出电流的电流检测装置；产生对应于所述相应逆变器上基准频率与实际电压之差的频率控制信号的电压控制装置；用来产生对应于所述相应逆变器上基准频率与实际频率之差的频率控制信号的频率控制装置；基于所述电流检测装置的检测结果，产生相关于所述相应逆变器的电流增量信号的电流增量发生装置；d-q轴正交坐标变换装置，用来将所述电流增量检测装置所产生的电流增量信号转换成d-q轴正交坐标系中信号，从而产生相关于所述相应逆变器之输出电压频率的第一校正信号，以及相关于所述相应逆变器之输出电压幅度的第二校正信号；用所述第一校正信号校正所述频率控制信号的第一校正装置；用所述第二校正信号校正所述电压控制信号的第二校正装置；以及根据来自所述第一校正装置及所述第二校正装置的输出，控制所述相应逆变器的装置。
2.如权利要求1所述逆变器系统，其特征在于所述频率控制装置包括一个锁相环。
3.如权利要求2所述的逆变器系统，其特征在于所述锁相环包括一个相位误差检测器，一个低通滤波器以及一个电压控制振荡器。
4.如权利要求1所述逆变器系统，其特征在于所述电压控制装置包括一个PI动作控制器。
5.如权利要求1所述逆变器系统，其特征在于所述d-q轴正交坐标变换装置包括d-轴坐标变换装置及q-轴坐标变换装置，所述d-轴坐标变换装置，基于所述电流增量信号，产生作为其d-轴分量的，与所述逆变器输出电压之频率相关的第一校正信号，所述q-轴坐标变换装置，基于所述电流增量信号，产生作为其q-轴分量的，与所述逆变器输出电压之幅度相关的第二校正信号。
6.如权利要求1所述逆变器系统，其特征在于在每一逆变器的输出侧设置一交流滤波器，而所述电流检测装置设置在所述交流滤波器的输出侧。
7.如权利要求1所述逆变器系统，其特征在于在每个逆变器的输出侧设置有一交流滤波器，而所述电流检测系统设置在所述交流滤波器的输入端。
全文摘要
本发明的逆变器系统中，若干逆变器并联工作，这些逆变器相应于分别通过电压控制器和频率控制器给出的电压基准值及频率基准值产生输出电压。在该逆变器系统中，某相应逆变器的输出电流与其它逆变器的输出电流之差被检测，对该电流增量实施d—q轴正交坐标变换处理，从而提供与该逆变器输出电压之频率相关的第一校正信号以及与其输出电压幅度相关的第二校正信号。
文档编号H02J3/46GK1065360SQ9210221
公开日1992年10月14日 申请日期1992年3月27日 优先权日1991年3月27日
发明者川上和人 申请人:株式会社东芝