專利名稱：一種逆變器并聯控制方法及逆變器的制作方法
技術領域：
本發明涉及UPS電源，尤其涉及一種逆變器并聯控制方法及裝置。
背景技術：
隨著信息技術(IT)技術的發展，IT設備對電源的可靠性要求越來越高。為了適應IT設備對電源的高要求，大容量不間斷電源(UPS) —般采用可并聯冗余方式，以增加系統的可靠性。
在UPS的并聯系統中，為保障系統的可靠運行，要求并聯的各UPS均分負載電流。在傳統的UPS逆變器的并聯方法中，為了達到均分負載電流的目的，在并聯的各UPS間需要一根負載平均電流模擬信號線，各逆變器實時采樣本模塊輸出的負載電流和并機系統的負載平均電流信號來控制并聯系統的均流。對三相的UPS而言，就有三根負載平均電流模擬信號線。
但這種方法會存在以下幾個缺點
1) 在并機系統間傳輸負載平均電流模擬信號的信號線抗干擾能力差，所反饋的信息失真，易產生控制誤差；
2) 為了提高系統的可靠性，參與并聯的各UPS的控制單元間是電氣隔離的，為了獲取負載平均電流信號，需要大量的電流互感器，增加了系統成本；
3) 當傳輸負載平均電流模擬信號的信號線出現故障時，系統的均流控制將會失控，并機間將會出現大的環流，逆變器并聯系統將會崩潰。
發明內容
本發明要解決的技術問題是克服現有技術中存在的并機系統間傳輸負載平均電流模擬信號的信號線抗干擾能力差易產生控制誤差、且因需要大量的電流互感器而造成系統成本高和并聯系統可靠型低的缺陷，提供一種逆變器并聯控制的方法。
與本發明的方法相對應，本發明還提供一種逆變器，其可以采用本發明的方法，在逆變器并聯系統中控制各個逆變器的輸出電壓幅值、相位和輸出電壓直流分量，以對負載進行均分。
本發明解決技術問題所采用的技術方案為，提供一種逆變器并聯控制方法，用于在包含多個逆變器的逆變器并聯系統中控制各個逆變器的輸出電壓
幅值、相位和輸出電壓直流分量，以對負載進行均分；所述方法包括以下步驟
A、 在所述多個逆變器的每一個逆變器中采樣計算本逆變器的瞬時輸出有功功率《和無功功率0";
B、 在所述每一個逆變器中對本逆變器的瞬時輸出有功功率尸 和無功功率^"進行濾波處理，得到輸出有功功率的濾波值尸"F^和無功功率的濾波值
C、 在逆變器并聯系統間傳輸每個逆變器的輸出有功功率的濾波值
P"自r和輸出無功功率的濾波值g"自r ，并計算出逆變器并聯系統的輸出有功功率的平均值^旨和輸出無功功率的平均值OFi旨；
D、 在所述每一個逆變器中利用本逆變器的瞬時輸出有功功率《和無
功功率C"、輸出有功功率的濾波值P"F^和無功功率的濾波值^Fi旨、以及逆
變器并聯系統的輸出有功功率的平均值^F^和輸出無功功率的平均值Of ，產生本逆變器均流控制的電壓幅值調節信號A「和角度調節信號AP;
E、 在所述每一個逆變器中利用所述電壓幅值調節信號A「和角度調節
信號A^，結合輸出電壓的幅值設定值^/和角度參考值^/，得到本逆變器的輸出電壓幅值和角度的瞬時給定值F^'和《eg ;
F、 在所述每一個逆變器中采樣本機輸出電流的直流分量，對輸出直流
環流進行控制，得到本逆變器輸出電壓直流分量的控制給定值^W ;
G、 根據步驟E、 F中得到的輸出電壓幅值和角度的瞬時給定值J^/和《-。'、輸出電壓直流分量的控制給定值F^^以及逆變器輸出電壓的反饋量產生調節逆變器輸出電壓的控制信號PWM脈沖。
在本發明所述逆變器并聯控制方法中，所述步驟A包括對于單相系統，
計算一個工頻周期內的輸出有功和無功功率；或者對于三相系統，計算dq0坐標下的瞬時有功功率和無功功率。
在本發明所述逆變器并聯控制方法中，所述步驟C中在逆變器并聯系統
間傳輸每個逆變器的輸出有功功率的濾波值P"Fmer和輸出無功功率的濾波值
^w包括所述多個逆變器中的每一個逆變器向逆變器并聯系統中的其它逆
變器廣播本機的輸出有功功率的濾波值《Fmer和輸出無功功率的濾波值2w，并接收所述其它逆變器廣播的輸出有功功率的濾波值《Fi^和輸出無功功率的
濾波值0^b。
在本發明所述逆變器并聯控制方法中，所述步驟D包括Dl:根據本逆變器輸出瞬時有功功率P"和無功功率C"，計算輸出電壓幅值和角度的下垂控制量；
D2:根據逆變器并聯系統輸出有功功率的平均值g:和無功功率的平均
值[，i十算輸出電壓幅值和角度的補償控制i;
D3:根據逆變器并聯系統輸出有功功率的平均值和無功功率的平均
值[、本逆變器輸出有功功率的濾波值P"F^和輸出無功功率的濾波值O^ter ，計算逆變器并聯系統環流的比例積分控制量；
D4:由下垂控制量、補償控制量和比例積分控制量產生逆變器均流控制的電壓調節信號A「和角度調節信號A^ 。
在本發明所述逆變器并聯控制方法中，所述步驟E包括
El:計算電壓幅值調節信號AK和逆變器輸出電壓幅值的給定值之間的第
一和值，得到本逆變器的輸出電壓幅值的瞬時給定值p^';
E2:計算角度調節信號A^和逆變器輸出電壓角度的給定值之間的第二和
值，得到本逆變器的輸出電壓角度的瞬時給定值《eg。
在本發明所述逆變器并聯控制方法中，所述步驟F包含Fl:采樣輸出電流的直流分量的反饋值/^
F2:計算輸出電流直流分量的給定值和輸出電流的直流分量的反饋值的差值；
F3:對所述差值進行比例積分，得到輸出電壓直流分量的控制給定值F 。
'Are/ °
在本發明所述逆變器并聯控制方法中，所述輸出電流直流分量的給定值為o。
本發明解決技術問題所采用的另一技術方案為，提供一種逆變器，其中
包括逆變器輸出控制裝置，所述逆變器輸出控制裝置包括逆變器并聯控制單元，其包括
用于采樣計算本逆變器的瞬時輸出有功功率《和無功功率a的裝
置；
用于對本逆變器的瞬時輸出有功功率《和無功功率a進行濾波處
理，得到輸出有功功率的濾波值尸 ^ 和無功功率的濾波值0^旨的裝置；
用于在逆變器并聯系統間傳輸每個逆變器的輸出有功功率的濾波值C和輸出無功功率的濾波值a^^，并計算出逆變器并聯系統的輸出有
功功率的平均值[和輸出無功功率的平均值^;的裝置；
用于利用本逆變器的瞬時輸出有功功率p"和無功功率^"、輸出有功
功率的濾波值P"F^和無功功率的濾波值0^er、以及逆變器并聯系統的瑜
出有功功率的平均值[和輸出無功功率的平均值^:，產生本逆變器
均流控制的電壓幅值調節信號A「和角度調節信號A^的裝置；
用于利用所述電壓幅值調節信號A「和角度調節信號，結合輸出
電壓的幅值設定值F^和角度參考值&,，得到本逆變器的輸出電壓幅值和角度的瞬時給定值和《eg的裝置；
用于采樣本機輸出電流的直流分量，對輸出直流環流進行控制，得到
本逆變器輸出電壓直流分量的控制給定值K^《的裝置；
及逆變器控制單元，用于根據逆變器并聯控制單元輸出的輸出電壓幅
值和角度的瞬時給定值和、輸出電壓直流分量的控制給定值以及逆變器輸出電壓的反饋量產生調節逆變器輸出電壓的控制信號P麗脈沖。
9在本發明所述的逆變器中，所述采樣計算本逆變器的瞬時輸出有功功率《和無功功率a包括對于單相系統，計算一個工頻周期內的輸出有功和無功功率；或者對于三相系統，計算dqO坐標下的輸出電壓和輸出電流。
在本發明所述的逆變器中，所述在逆變器并聯系統間傳輸每個逆變器的
輸出有功功率的濾波值《FiUer和輸出無功功率的濾波值"Fmer包括所述多個逆
變器中的每一個逆變器向逆變器并聯系統中的其它逆變器廣播本機的輸出有功功率的濾波值《H旨和輸出無功功率的濾波值o^^，并接收所述其它逆變器
廣播的輸出有功功率的濾波值《Fi旨和輸出無功功率的濾波值"F^。
實施本發明的方法，由于采用數字傳輸方式，不易受外界因素的干擾，
能夠較精確地控制逆變器并聯系統中各逆變器的輸出；且因無需大量的電流
互感器，使得系統硬件成本較小。也就是說本發明用于逆變器并聯系統的控制，提高了系統的抗干擾能力、大大增強了系統的可靠性，同時也降低了系統硬件成本。
以下結合附圖通過具體實施方式
對本發明做進一步說明。
圖1是根據本發明實施例的逆變器及其控制裝置的示意圖；圖2是根據本發明一實施例的逆變器并聯系統的示意圖；圖3是根據本發明實施例的逆變器并聯控制方法的流程圖；圖4A-4C是根據本發明逆變器并聯控制方法中計算控制量的一實施例的示意圖。
具體實施例方式
本發明的設計構思是在逆變器并聯系統中，各個逆變器對本逆變器的輸出進行采樣、處理，并結合其它逆變器的輸出采樣信息，通過計算處理得出對本逆變器的輸出控制量。在本發明中，各逆變器之間的信息是通過數字信號形式進行傳輸的，其受外界環境的影響小。例如作為選擇，信號的傳輸方式可通過有線連接或無線連接進行。在本發明的實施例中，每個逆變器都連接有控制單元。如圖1所示，逆
變器10連接有逆變器控制單元12和逆變器并聯控制單元14。逆變器控制單 元12和逆變器并聯控制單元14從逆變器的輸出中采樣，并由逆變器并聯控 制單元14對采樣信息進行處理后，產生控制信號(即r^和《eg及^—，后面 將對其作詳細說明)，并將其發送給逆變器控制單元12。逆變器控制單元12 根據控制信號^'和《eg及K^以及逆變器輸出電壓的反饋量生成PWM控制信 號，用以調整逆變器輸出電壓lt。
圖2是根據本發明一實施例的逆變器并聯系統的示意圖。如圖2所示， 逆變器并聯系統20包含逆變器1、逆變器2……、逆變器n。每個逆變器都帶 有一個控制單元，這些控制單元通過通信控制信號線互連(如實線所示)。虛 線為功率線互連線。
在本發明的其它實施例中，可將通信控制信號線互連組合成一個環行， 使得任何一條線斷掉都不會影響系統正常工作。當然，若要求不高也可以不 接成環形。
作為另一選擇，還可采用無線方式在各逆變器的控制單元之間通信。如 本領域技術人員所知，這種情況下需要在各逆變器的控制單元配置無線通信 收發裝置。
圖3是根據本發明實施例的逆變器并聯控制方法的流程圖。如圖3所示， 本發明逆變器并聯控制方法包括在每個逆變器中進行如下步驟
A、 采樣計算本逆變器的瞬時輸出有功功率《和無功功率a;
B、 對本逆變器的瞬時輸出有功功率和無功功率進行濾波處理得到輸 出有功功率的濾波值P"F^和無功功率的濾波值0"Fi旨；
C、 通過通訊，在逆變器并聯系統間傳輸本機的輸出有功功率的濾波值
戶"剛er和輸出無功功率的濾波值g",，并綜合得到逆變器并聯系統的輸出有功
功率的平均值^旨和輸出無功功率的平均值On旨；
D、 利用本逆變器的瞬時輸出有功功率P"和無功功率C"、輸出有功功
率的濾波值《F^和無功功率的濾波值g"F^、逆變器并聯系統的輸出有功功率 的平均值d^和輸出無功功率的平均值QF^ ，產生逆變器均流控制的電壓幅
11值調節信號A「和角度調節信號;
E、 利用所述電壓幅值調節信號A「和角度調節信號A^,結合輸出電壓
的幅值設定值^6/和角度參考值《6/，得到本逆變器的輸出電壓幅值和角度的
瞬時給定值^/和&g;
F、 采樣本機輸出電流的直流分量，對輸出直流環流進行控制，得到輸 出電壓直流分量的控制給定值^^/ ;
G、 根據步驟E、 F中得到的輸出電壓幅值和角度的瞬時給定值^'和《g、 輸出電壓直流分量的控制給定值F^《以及逆變器輸出電壓的反饋量產生調節 逆變器輸出電壓的控制信號PWM脈沖。
在實際操作中，采樣時，對于單相系統，輸出有功和無功功率為一個工 頻周期的計算值；對于三相系統將基于dq0坐標下的輸出電壓和輸出電流的 計算值。
另外，如前面所提及，逆變器并聯系統中的各逆變器的控制單元之間的 通信可以采用有線連接方式或無線連接方式。作為一種選擇，每個參與并聯 的逆變器向所有其它參與并聯的逆變器廣播本機的輸出有功功率的濾波值
P"Fmer和輸出無功功率的濾波值^^ 并接收其他逆變器模塊傳輸過來的輸出
有功功率的濾波值和輸出無功功率的濾波值，最終綜合計算出逆變器并聯系 統的輸出有功功率的平均值[和輸出無功功率的平均值^:。
圖4A-4C是根據本發明逆變器并聯控制方法中計算控制量的一實施例的 示意圖。
如圖4A所示，在計算逆變器的輸出電壓幅值的瞬時給定值^/時，按如 下步驟進行
Dl:根據本逆變器輸出瞬時有功功率P"和無功功率C"，計算輸出電壓幅 值和角度的下垂控制量；
D2:根據逆變器并聯系統輸出有功功率的平均值和無功功率的平均 值[，計算輸出電壓幅值和角度的補償控制量；
D3:根據逆變器并聯系統輸出有功功率的平均值g:和無功功率的平均
值[、本逆變器輸出有功功率的濾波值pw和輸出無功功率的濾波值，計算逆變器并聯系統環流的tt例積分控制量； D4:由下垂控制量、補償控制量和比例積分控制量三者來產生逆變器均 流控制的電壓調節信號AF和角度調節信號。
其中，
下垂控制量由瞬時輸出有功功率《和無功功率0^十算得到；
補償控制量由輸出有功功率的平均值g:和輸出無功功率的平均值 ^:計算得出；
比例積分控制量由輸出有功功率的濾波值尸^ter和無功功率的濾波值
a^旨結合輸出有功功率的平均值[和輸出無功功率的平均值^:經比例
積分調節器(PI Regulator)處理后得出；
之后，用補償控制量減去下垂控制量及比例積分控制量可得到逆變器均 流控制的電壓調節信號A「；最后，將輸出電壓的幅值設定值^與逆變器均 流控制的電壓調節信號A「相加即得到逆變器的輸出電壓幅值的瞬時給定值
、r
如圖4B所示，計算逆變器的輸出電壓角度的瞬時給定值《^時，其步驟
'e呂
同圖4A中相同，只是下垂控制量、補償控制量、比例積分控制量的算法不同。 其中，
下垂控制量由瞬時輸出有功功率g和無功功率^"計算得到；
補償控制量由輸出有功功率的平均值[和輸出無功功率的平均值
[計算得出；
比例積分控制量由輸出有功功率的濾波值P"F^和無功功率的濾波值
a^er結合輸出有功功率的平均值^;和輸出無功功率的平均值^:經比例
積分調節器(PI Regulator)處理后得出；
之后，用補償控制量減去下垂控制量及比例積分控制量可得到逆變器均 流控制的角度調節信號A^;最后，將輸出電壓的角度參考值&,與逆變器均 流控制的角度調節信號A^相加即得到逆變器的輸出電壓角度的瞬時給定值
P '。
如圖4C所示，在逆變器輸出電壓直流分量的控制給定值F,"時，進行如下步驟
Fl:采樣輸出電流的直流分量的反饋值/^
F2:計算輸出電流直流分量的給定值(如給定為0)和輸出電流的直流分 量的反饋值/^的差值；
F3:對該差值進行比例積分控制，得到逆變器輸出電壓直流分量的控制
權利要求
1、一種逆變器并聯控制方法，用于在包含多個逆變器的逆變器并聯系統中控制各個逆變器的輸出電壓幅值、相位和輸出電壓直流分量，以對負載進行均分；其特征在于，所述方法包括以下步驟A、在所述多個逆變器的每一個逆變器中采樣計算本逆變器的瞬時輸出有功功率Pn和無功功率Qn；B、在所述每一個逆變器中對本逆變器的瞬時輸出有功功率Pn和無功功率Qn進行濾波處理，得到輸出有功功率的濾波值PnFilter和無功功率的濾波值QnFilter；C、在逆變器并聯系統間傳輸每個逆變器的輸出有功功率的濾波值PnFilter和輸出無功功率的濾波值QnFilter，并計算出逆變器并聯系統的輸出有功功率的平均值和輸出無功功率的平均值D、在所述每一個逆變器中利用本逆變器的瞬時輸出有功功率Pn和無功功率Qn、輸出有功功率的濾波值PnFilter和無功功率的濾波值QnFilter、以及逆變器并聯系統的輸出有功功率的平均值和輸出無功功率的平均值產生本逆變器均流控制的電壓幅值調節信號ΔV和角度調節信號Δθ；E、在所述每一個逆變器中利用所述電壓幅值調節信號ΔV和角度調節信號Δθ，結合輸出電壓的幅值設定值Vref和角度參考值θref，得到本逆變器的輸出電壓幅值和角度的瞬時給定值和；F、在所述每一個逆變器中采樣本機輸出電流的直流分量，對輸出直流環流進行控制，得到本逆變器輸出電壓直流分量的控制給定值Vdcref；G、根據步驟E、F中得到的輸出電壓幅值和角度的瞬時給定值和、輸出電壓直流分量的控制給定值Vdcref以及逆變器輸出電壓的反饋量產生調節逆變器輸出電壓的控制信號PWM脈沖。
2、 根據權利要求1所述逆變器并聯控制方法，其特征在于，所述步驟A 包括對于單相系統，計算一個工頻周期內的輸出有功和無功功率；或者對 于三相系統，計算dq0坐標下的瞬時有功功率和無功功率。
3、 根據權利要求1所述逆變器并聯控制方法，其特征在于，所述步驟C 中在逆變器并聯系統間傳輸每個逆變器的輸出有功功率的濾波值《F'旨和輸出無功功率的濾波值"F'^包括所述多個逆變器中的每一個逆變器向逆變器并聯系統中的其它逆變器廣播本機的輸出有功功率的濾波值^Fil始和輸出無功功 率的濾波值0^ter，并接收所述其它逆變器廣播的輸出有功功率的濾波值《F^和輸出無功功率的濾波值o^^ 。
4、 根據權利要求1所述逆變器并聯控制方法，其特征在于，所述步驟D包括Dl:根據本逆變器輸出瞬時有功功率《和無功功率^"，計算輸出電壓幅 值和角度的下垂控制量；D2:根據逆變器并聯系統輸出有功功率的平均值和無功功率的平均值^T,計算輸出電壓幅值和角度的補償控制量；D3:根據逆變器并聯系統輸出有功功率的平均值[和無功功率的平均值[、本逆變器輸出有功功率的濾波值《^r禾n輸tB力i力J力率^j^^MaFi,tCT ，計算逆變器并聯系統環流的比例積分控制量；D4:由下垂控制量、補償控制量和比例積分控制量產生逆變器均流控制的電壓調節信號AK和角度調節信號。
5、 根據權利要求1所述逆變器并聯控制方法，其特征在于，所述步驟E包括El:計算電壓幅值調節信號AK和逆變器輸出電壓幅值的給定值之間的第一和值，得到本逆變器的輸出電壓幅值的瞬時給定值K^';E2:計算角度調節信號A^和逆變器輸出電壓角度的給定值之間的第二和值，得到本逆變器的輸出電壓角度的瞬時給定值《eg。
6、 根據權利要求1所述逆變器并聯控制方法，其特征在于，所述步驟F包含Fh采樣輸出電流的直流分量的反饋值/^F2:計算輸出電流直流分量的給定值和輸出電流的直流分量的反饋值的 差值；F3:對所述差值進行比例積分，得到輸出電壓直流分量的控制給定值 F 。
7、 根據權利要求6所述逆變器并聯控制方法，其特征在于，所述輸出電 流直流分量的給定值為0。
8、 一種逆變器，其中包括逆變器輸出控制裝置，其特征在于，所述逆變 器輸出控制裝置包括逆變器并聯控制單元，其包括用于采樣計算本逆變器的瞬時輸出有功功率《和無功功率a的裝置；用于對本逆變器的瞬時輸出有功功率《和無功功率a進行濾波處理，得到輸出有功功率的濾波值P FiltCT和無功功率的濾波值0^旨的裝置；用于在逆變器并聯系統間傳輸每個逆變器的輸出有功功率的濾波值《^r和輸出無功功率的濾波值C"F'旨，并計算出逆變器并聯系統的輸出有功功率的平均值[和輸出無功功率的平均值^:的裝置；用于利用本逆變器的瞬時輸出有功功率P"和無功功率^"、輸出有功功率的濾波值SF^和無功功率的濾波值0^^、以及逆變器并聯系統的輸出有功功率的平均值^:和輸出無功功率的平均值^:，產生本逆變器均流控制的電壓幅值調節信號AF和角度調節信號A^的裝置；用于利用所述電壓幅值調節信號A「和角度調節信號，結合輸出 電壓的幅值設定值F^和角度參考值《y，得到本逆變器的輸出電壓幅值 和角度的瞬時給定值和《eg的裝置；用于采樣本機輸出電流的直流分量，對輸出直流環流進行控制，得到 本逆變器輸出電壓直流分量的控制給定值^^,的裝置；及逆變器控制單元，用于根據逆變器并聯控制單元輸出的輸出電壓幅 值和角度的瞬時給定值和《eg 、輸出電壓直流分量的控制給定值 以及逆變器輸出電壓的反饋量產生調節逆變器輸出電壓的控制信號P麗 脈沖。
9、 根據權利要求8所述的逆變器，其特征在于，所述采樣計算本逆變器的瞬時輸出有功功率尸"和無功功率^"包括對于單相系統，計算一個工頻周 期內的輸出有功和無功功率；或者對于三相系統，計算dq0坐標下的輸出電 壓和輸出電流。
10、根據權利要求8所述的逆變器，其特征在于，所述在逆變器并聯系統間傳輸每個逆變器的輸出有功功率的濾波值《F^和輸出無功功率的濾波值 0^ter包括所述多個逆變器中的每一個逆變器向逆變器并聯系統中的其它逆變器廣播本機的輸出有功功率的濾波值P"Fito和輸出無功功率的濾波值2^時， 并接收所述其它逆變器廣播的輸出有功功率的濾波值《HUer和輸出無功功率的濾波值o^^。
全文摘要
一種逆變器并聯控制方法，用于在包含多個逆變器的逆變器并聯系統中控制各個逆變器的輸出電壓幅值、相位和輸出電壓直流分量，以對負載進行均分。該方法包括采樣計算本逆變器的瞬時輸出有功功率和無功功率并對其進行濾波處理；在逆變器并聯系統間傳輸輸出有功功率和無功功率濾波值并計算逆變器并聯系統的輸出有功功率和無功功率濾波值的平均值；產生本逆變器均流控制的電壓幅值調節信號ΔV和角度調節信號Δθ；得到本逆變器的輸出電壓幅值和角度的瞬時給定值V<sub>ref</sub>′和θ<sub>reg</sub>′；得到本逆變器輸出電壓直流分量的控制給定值V<sub>dcref</sub>。本發明用于逆變器并聯系統的控制，可以提高系統的抗干擾能力、大大增強系統的可靠性，同時也降低了系統硬件成本。
文檔編號H02J3/46GK101499663SQ200810074029
公開日2009年8月5日 申請日期2008年1月30日 優先權日2008年1月30日
發明者周黨生, 州 舒, 馬春紅 申請人:力博特公司