[发明专利]基于下垂特性控制的多机并联系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种基于下垂特性控制的多机并联系统以及一种基于下垂特性控制的多机并联系统的控制方法。

背景技术

随着社会的发展和需求，不中断供电的用电设备容量不断扩大，单台逆变器的扩充性和可靠性都受到了很大的限制，多台逆变器并联的电源系统得到了广泛的应用。多个电源模块并联，分担负载功率，主电路开关器件电流应力大大减小，功率密度大幅提高，可从根本上提高可靠性，降低成本。然而逆变器并联也带来了新的问题，多个逆变器无法保证完全并联稳定无环流运行。

现有技术中，逆变器并联控制技术在处理同步、避免环流问题上主要有以下方案：基于主机同步的主从式控制方案、无互连线的并联控制方案、基于各并联单元基准电压同步的对等式控制方案等。其中，《可并联电源逆变器及逆变器系统和系统的同步控制方法》提供了一种基于主机产生同步信号的主从式并联控制方法；《一种可以无互联线并联工作的三相逆变器及其控制方法》提供了一种无互连线的并联控制方法；《具有可变电流比的正弦波逆变器并联系统》提供了一种基于各并联单元基准电压同步的对等式并联控制方法。

其中，方案一：基于主机同步的主从式控制方案，为有互联线控制。在该并联逆变系统中，选取其中一个可并联逆变器为主机逆变器，其余可并联逆变器为从机逆变器。主机逆变器提供同步信号并通过同步信号总线发送，从机逆变器从同步信号总线接收同步信号，从而使得系统中的所有逆变器能同步工作，整个并联系统的稳定性完全取决于主逆变器的正常运行，对其依赖性较高，一旦该主逆变器因故障而停机，那会导致整个系统将不能正运行。

方案二：无互连线的并联控制方案，为无互联线控制。该方案中的并联逆变系统各单元逆变器没有互联线连接，模块之间相互独立。根据各单元逆变器同步控制器单元自身的相位基准信号θ和并机功率母线电压相位捕获电路的输出θ_ac-line，对本逆变的相位基准信号θ进行同步控制，在保证本逆变与并机功率母线的频率和相位的差值在设定范围内，将本逆变器投入并联运行。投入运行后通过相位下垂调节微调逆变相位θ_syn，实现并联逆变系统相位同步控制。该方案虽无互联线可实现冗余且保证了模块的相互独立性，但需要进行相位同步控制，不仅增加了算法的复杂性，而且难以保证相位高度同步，可能导致较大的环流产生，并联调节速度较慢。

方案三：基于各并联单元基准电压同步的对等式控制方案，为有互联线控制。该方案中各个逆变模块都输出脉冲同步信号，并发送至同步信号处理电路。同步信号处理电路在固定的时间段内接收各并联模块发送的脉冲同步信号并经过处理后，向并联系统同步信号线发送唯一的同步信号，作为各并联模块的总同步信号，各并联模块通过平均电流调节实现并联运行。此方案较方案一避免了对主机的依赖性采用对等式控制，较方案二无需进行相位同步控制，但因为增加了同步相位信号处理电路，增加了系统的复杂性，且由于处理电路的处理速度有限，无法保证同步信号的高精度性，使得系统响应速度较慢。

因此，现有技术存在的缺点是，现有逆变并联方法无法保证各逆变模块相位高度同步或无法保证模块间的相互独立性，可靠性较低。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种基于下垂特性控制的多机并联系统，该系统不仅能实现相位高度同步且能保证模块相互独立，确保各模块之间无环流，大大提高供电质量，可靠性高。

本发明的另一个目的在于提出一种基于下垂特性控制的多机并联系统的控制方法。

为达到上述目的，本发明第一方面的实施例提出的基于下垂特性控制的多机并联系统，包括：同步信号发生器，用于生成同步信号；多个逆变器模块，所述多个逆变器模块并联连接，所述多个逆变器模块分别与所述同步信号发生器相连，每个所述逆变器模块包括：捕获子模块，用于捕获所述同步信号发生器生成的同步信号；逆变控制器，用于将所述同步信号转换为电压相位信号；采样子模块，用于采样所述逆变器模块的电压电流；其中，所述多个逆变器模块根据所述电压相位信号实现相位一致；监控模块，所述监控模块与所述多个逆变器模块相连，用于根据所述每个所述逆变器模块的电压电流计算每个所述逆变器模块的输出功率和系统输出的平均功率，所述逆变控制器根据所述输出功率和所述平均功率之差进行下垂控制以实现对所述多个逆变器模块的基准电压目标量进行修正。