[发明专利]并行操作电力电子变换器的系统

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子领域，特别涉及并行操作AC电力电子变换器的系统和控制这种系统的方法。

背景技术

使用发电机单元的并行操作以便在两个或多个单元之间共享公用电网或岛系统的负载。增大的额定功率可以通过匹配两个低功率单元，而不需要一个单独的大功率单元。几个单元并行操作允许一个单元的日常维护而不必完全关闭该系统，这是由于其它发电机会临时从因维护而停止的一个单元接管负载。如在任何并行操作中一样，发电冗余增加了该公用电网中的电力的可用性。

在电网模式中，各种发电机单元连接到具有稳定电压和频率的公用电网，虽然几个发电机单元并行操作没有危险，但并行的发电机单元孤岛模式的安全操作仍然是个挑战。由于发电机单元可以离的很远，它们之间有显著的线路阻抗，因此不用控制通信或利用最少的控制通信就会实现几个单元的并行操作。

过去，人们已经对控制并行发电机单元做了多种尝试。一个单元可以连接到电池并且可以定义为将孤岛母线电压和频率控制为设定值的主机。所有其他单元都在电网模式操作。通过用于负载跳变支持的电池的帮助，主机单元检测并获取负载的任何改变。主机单元将系统频率和输出电压降低一点，从而分别与其它单元关于有功和无功负载进行通信。其它单元的控制电路将测量孤岛网络的频率和电压值并将分别计算有功和无功功率基准，并产生有功和无功功率基准。在其它单元拾取功率时，主机单元减少发电和维持系统电压和频率。该程序将继续进行，直到在整个系统稳定为止。即使在大多数系统中备有电池的主机控制的很好，这种两阶方法的动态性能非常低。

在一个改进中，不与主机单元同步，所有并行操作单元，包括备有电池的主机单元，都与具有锁相环(PLL)的孤岛网络同步，闭合环路频率控制系统，其基于输入和输出信号之间的相位差的相敏探测进行工作。必须分配给所有单元的PLL同步信号可以从外部正弦波发生器获取。为了避免使用电线，正弦波可以通过无线连接进行通信。

在另一种改进中，代替使用外部正弦波发生器，主机单元将系统频率设置为常值。并行的所有其它单元都锁定到具有PLL的那个频率。可以采用所谓的偏差(droop)方法使该系统稳定。有功功率对频率-偏差并且无功功率对电压-偏差是以以下事实为基础的：对于逆变器，有功功率P主要取决于逆变器的输出电压和负载电压之间的相位角Φ，而无功功率Q主要取决于输出电压幅值E。利用偏差系数m和n可以表述以下等式或偏差。

ω＝ω^*-mP(ω^*＝无负载时的频率)

E＝E*-nQ(E*＝无负载时的输出电压)

相关背景

由T.Kawabata等人在IEEE Transaction on industryApplications，1988年3月/4月第24卷第2号的“Parallel Operationof Voltage Source Inverters”中建议了一种不用通信的孤岛中电压源变换器并行操作的一种可行方案。引入有功功率对频率并且无功功率对电压偏差以共享有功和无功功率。

由Jang-Sik Yoo等人在1998年的IECON，IEEE，第568-573页的“Parallel U.P.S.with an Instantaneous Current Sharing Control”提出了利用电流小环路并利用总负载电流的通信的并行操作。在这种情况下，测量总负载电流并除以操作中的单元数量，然后前馈到每个内部电流控制器。

由Anil Tuladhar等人在2000年1月/2月的IEEE Transactions onindustrial Applications，第36卷第1号的“Control of ParallelInverters in Distributed AC Power Systems with Consideration ofLine Impedance Effect”中提出了另一种控制变换器的并行操作的方法，但是通过注入用于通信的特殊频率信号而通过电力网络进行通信。