基于脉宽调制波重构的逆变器并联系统的控制装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及三相逆变器控制领域，特别涉及一种基于脉宽调制波重构的逆变器并 联系统的控制装置及方法，
【背景技术】
[0002] 目前风能、太阳能等可再生能源发电成本过高，整个行业依托国家补贴生存。受国 际金融危机影响，欧洲多个国家已经减少或取消了国家补贴，这使得相关行业受到重创，不 少相关公司因此破产倒闭。降低每千瓦时发电成本，提高发电效率，使其真正具有市场竞争 力是可再生能源行业面临的巨大挑战。发展低成本、大容量可再生能源发电系统是实现上 述目标的有效途径之一，而逆变器作为发电系统关键设备，不可避免需要满足上述要求。同 时，受IGBT功率器件的容量和成本限制，在轨道交通、高压变频器、电解行业等多个领域仍 采用传统的不控或相控整流技术，造成功率因数低、电网污染严重、能量无法回馈等诸多问 题，使用低成本、大容量逆变器是解决上述问题的出路。采用模块化和标准化的功率模块进 行叠加、灵活的组成任意所需容量的冗余系统被公认为是扩大整流器容量的有效途径。
[0003] 目前，逆变器并联控制技术主要有主从控制、分布控制和下垂控制等三种控制方 法，特别是动态时各功率模块电压幅值、波形和相位难以保持一致，使得现有控制策略无 法有效减少并联系统均流电感，严重制约了逆变器并联技术的推广和应用。专利申请号 201310123180. 8公开了一种由逆变器的控制系统向信号输出仲裁器发出同步使能信号的 方法，但方法只能保证三角载波的同步性，无法解决各逆变器脉宽调制波不同导致的引起 的零序环流。专利申请号200810074029. 9公开了一种逆变器并联控制方法，该方法通过控 制各个逆变器的输出电压幅值、相位和输出电压直流分量，并对负载进行均分，脉宽调制波 仍由各逆变器控制单元计算产生，但由于计算误差和采样误差的存在，不能实现各控制单 元功率器件开关驱动信号的一致性。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种成本低、运行可靠、能保证逆变器并联时 功率器件驱动信号的同步性和一致性的基于脉宽调制波重构的逆变器并联系统的控制装 置，并提供一种利用控制装置控制逆变器并联系统的方法。
[0005] 本发明解决上述问题的技术方案是：一种基于脉宽调制波重构的逆变器并联系统 的控制装置，包括逆变器并联系统和控制系统，所述逆变器并联系统包括多个并联的逆变 器，控制系统包括主控制器和多个从控制器；所述逆变器并联系统中，逆变器交流母线侧都 加了个均流电感，然后同一相再都并联在一起；逆变器直流母线侧，同一极性的都并联在一 起；所述主控制器包括：用于交流母线电压采样和信号调理的信号采集单元；用于算法计 算的控制单元；用于信号编解码的第一信号编解码单元；用于光纤发送、接收和数据并串 转换的第一光纤发送接收信号单元，信号采集单元、控制单元、第一信号编解码单元和第一 光纤发送接收信号单元依次连接；每个从控制器均包括：用于信号编解码的第二信号编解 码单元；用于光纤发送、接收和数据并串转换的第二光纤发送接收信号单元；用于PWM波重 构的三角对称载波计数和比较的脉宽调制波重构单元，第二光纤发送接收信号单元、第二 信号编解码单元、脉宽调制波重构单元依次连接，每个从控制器的脉宽调制波重构单元输 出端均与逆变器并联系统的一个逆变器相连，从控制器的第二光纤发送接收信号单元与主 控制器的第一光纤发送接收信号单元之间通过双工通信传输数据。
[0006] 一种基于脉宽调制波重构的逆变器并联系统的控制方法，包括以下步骤：
[0007] 1)根据逆变器实际需要，计算脉宽调制波频率，将此频率设置为主控制器的外部 中断信号频率和从控制器的三角载波频率；
[0008] 2)信号采集单元采集逆变器输出的三相电压和电流信号，以及电机的转速信号；
[0009] 3)控制单元根据采集的电压、电流、转速信号计算得到主控制器的比较器参数 CPaz、CP b，CPcz;
[0010] 4)第一信号编解码单元对得到的比较器参数CPaz、CPbz、CP ra和设定的同步信号 Psyn。进行编码，并通过串行方式广播发送给所有从控制器；
[0011] 5)从控制器接收比较器参数和同步信号并进行解码，根据解码后的信号重构脉宽 调制波信号作为功率器件的驱动信号。
[0012] 上述控制方法，所述步骤1)中，计算出主控制器和从控制脉宽调制波频率后，按 下式求得主控制器的分频系数和从控制器的分频系数：
[0013；
【主权项】
1. 一种基于脉宽调制波重构的逆变器并联系统的控制装置，其特征在于：包括逆变器 并联系统和控制系统，所述逆变器并联系统包括多个并联的逆变器，控制系统包括主控制 器和多个从控制器，所述主控制器包括依次连接的信号采集单元、控制单元、第一信号编解 码单元和第一光纤发送接收信号单元，每个从控制器均包括依次连接的第二光纤发送接收 信号单元、第二信号编解码单元和脉宽调制波重构单元，每个从控制器的脉宽调制波重构 单元输出端均与逆变器并联系统的一个逆变器相连，每个从控制器的第二光纤发送接收信 号单元与主控制器的第一光纤发送接收信号单元之间通过双工通信传输数据。
2. -种如要求1所述的基于脉宽调制波重构的逆变器并联系统的控制方法，包括以下 步骤： 1) 根据逆变器实际需要，计算脉宽调制波频率，将此频率设置为主控制器的外部中断 信号频率和从控制器的三角载波频率； 2) 信号采集单元采集逆变器输出的三相电压和电流信号，以及电机的转速信号； 3) 控制单元根据采集的电压、电流、转速信号计算得到主控制器的比较器参数CPaz、 CPbz^P CP cz； 4) 第一信号编解码单元对得到的比较器参数0?32、0匕2、0匕2和设定的同步信号？_进 行编码，并通过串行方式广播发送给所有从控制器； 5) 从控制器接收比较器参数和同步信号并进行解码，根据解码后的信号重构脉宽调制 波信号作为功率器件的驱动信号。
3. 如权利要求2所述的控制方法，其特征在于：所述步骤1)中，计算出主控制器和从 控制脉宽调制波频率后，按下式求得主控制器的分频系数和从控制器的分频系数：
式中：fPWM为PWM波的频率，T ""为PWM波的周期，f z为主控器系统时钟频率，f。为从控 制器系统时钟频率，Tpz为主控制器的分频系数即分频计数器的最大值，T p。为从控制器的分 频系数即分频计数器的最大值。
4. 如权利要求2所述的控制方法，其特征在于：所述步骤2)中，信号采集单元的采样 频率大于脉宽调制波频率。
5. 如权利要求3所述的控制方法，其特征在于：所述步骤3)中，在每个PWM波周期内 都根据采样得到的电压、电流信号计算得到空间矢量调制波A相比较器参数CP az、B相比较 器参数CPb，C相比较器参数CP cz:
式中：Ta、Tb、T。分别是A相、B相和C相上桥臂开关管的驱动信号的占空比，T pz为主控 制器的分频系数。
6. 如权利要求2所述的控制方法，其特征在于：所述步骤4)中，编码方式为先定义比 较器数据及启动、停止、同步信号的功能码，再将比较器参数、启动信号、停止信号、同步信 号的数值作为各自的数据码。
7. 如权利要求6所述的控制方法，其特征在于：所述步骤4)中，信号传送时，先传送 信号的功能码，再传送其相应的数据码，然后传送下一个信号的功能码及其数据码，依次类 推；发送完同步信号后又重头开始发送，循环进行发送。
8. 如权利要求2所述的控制方法，其特征在于：所述步骤5)包括： ① 从控制器将接收到的信号进行解码，同时向主控制器回馈相应信号； ② 从控制器将信号解码后得到从控制器的比较器参数CPa。、CPb。和CP。。，当解码后的信 号存在同步信号P syn。时，重启三角载波信号，载波计数器清零并重新计数，同时加载CP a。、 CPb。和CP。。到脉宽调制波重构单元，重构出脉宽调制波信号。
【专利摘要】本发明公开了一种基于脉宽调制波重构的逆变器并联系统的控制方法，步骤如下：1）根据逆变器需要，计算脉宽调制波频率，将此频率设置为主控制器控制周期频率和从控制器的调制波频率；2）通过信号采集单元采集逆变器电压、电流等信号并对其进行滤波；3）主控制单元在一个脉宽调制波周期内计算得到空间矢量调制波比较器参数；4）信号编程单元对比较器参数和同步信号进行编码，并通过串行方式广播发送给所有从控制器；5)从控制器接收比较器参数和同步信号，并进行解码，根据解码后的信号重构脉宽调制波信号作为功率器件的驱动信号。本发明确保了每个功率器件驱动信号的同步性和一致性，基本消除了逆变器并联时的零序环流，提高了系统的可靠性。
【IPC分类】H02M7-493, H02M1-092
【公开号】CN104539183
【申请号】CN201510020402
【发明人】李辉, 蔡罗强, 黄洁萍, 陈鸿蔚, 魏峰
【申请人】湘潭电机股份有限公司
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2015年1月16日