一种多路交流负载的功率分配及功率均衡控制方法

摘要

本发明提供了一种多路交流负载的功率分配及功率均衡控制方法，利用三段不定长时间的任意对齐PWM控制算法，控制功率开关在控制周期内的导通时间的位置，达到多负载系统的功率输出均衡控制，达到供电系统负载跳动最小目的，另外通过检测交流供电系统电压过零点，在过零点位置对功率开关进行开关控制，达到零电压零电流开通和关断，减少EMC干扰的目的。

权利要求

1.一种多路交流负载的功率分配及功率均衡控制方法，其特征在于包括以下过程：设交流供电系统同时为小功率负载系统和由n路负载组成的大功率负载系统供电，其中每路负载分别设有由控制器控制通断的开关，交流供电系统通过过零检测单元与控制器电性连接，控制器向小功率负载系统以及各路负载发出的PWM信号；

对于交流供电系统中任意第k路负载，控制器发出的PWM信号的时机遵循以下规律：设nsk=Yk‑1*N为该PWM信号在控制周期N中所处的位置，即用于控制第k路负载的PWM信号的发出时刻为nsk；分Dk+Yk‑1>100%和Dk+Yk‑1≤100%两种情况进行控制，其中Dk是控制器发出的用于控制第k路负载的PWM信号的占空比，Yk=取小数部分（DZk）*100%， ，控制波包括有效波形段和无波形段，即开关导通时段和即开关关断时段：a、当Dk+Yk‑1>100%时，一个控制周期N内的控制波包括n0时段的有效波形段、n1时段的无波形段以及n2时段的有效波形段，其中：n0=(Dk+Yk‑1‑1)*N

n1=(1‑Dk)*N

n2=(1‑Yk‑1)*N

用于控制第k路负载的PWM信号nsk与n2时段的起始时刻对齐；

b、当Dk+Yk‑1≤100%时：一个控制周期N内的控制波包括n0时段的无波形段、n1时段的有效波形段以及n2时段的无波形段，其中：n0=Yk‑1*N

n1=Dk*N

n2=(1‑Dk‑Yk‑1)*N

用于控制第k路负载的PWM信号nsk与n1时段的起始时刻对齐。

2.根据权利要求1所述的多路交流负载的功率分配及功率均衡控制方法，其特征在于：控制器发出的用于控制第k路负载的PWM信号的占空比Dk为百分数。

3.根据权利要求1所述的多路交流负载的功率分配及功率均衡控制方法，其特征在于：设Nk为控制器控制第k路负载的导通时间，是交流半波或全波的整数倍，Nk=Dk*N。

说明书

一种多路交流负载的功率分配及功率均衡控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电力电子和自动控制领域，尤其涉及一种多路交流负载的功率分配及功率均衡控制方法。

背景技术

[0002] 传统的多路交流负载PWM功率调节控制系统每路负载PWM控制采用边沿对齐或者中心对齐，当控制多负载工作时，可能会出现同时导通或同时截止，在一个控制周期内会出现交流供电系统负载的剧烈跳变，影响系统的稳定性；并且不同功率负载没有分组控制；在交流供电系统中一个交流半波周期内控制开关的导通和关断，因为非零电流开通和关断，会产生功率开关的开关损耗，并且EMC干扰很大。

发明内容

[0003] 为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种多路交流负载的功率分配及功率均衡控制方法，根据各路功率大小进行分组，功率相近的负载分在同一组，在每个分组内利用三段不定长时间的任意对齐PWM控制算法，控制功率开关在控制周期内的导通时间的位置，达到多负载系统的功率输出均衡控制，达到供电系统负荷跳动最小目的，另外通过检测交流供电系统电压过零点，在过零点位置对功率开关进行开关控制，达到零电压零电流开通和关断，减少EMC干扰的目的。

[0004] 本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种多路交流负载的功率分配及功率均衡控制方法，包括以下过程：

[0005] 设交流供电系统同时为小功率负载系统和由n路负载组成的大功率负载系统供电，其中每路负载分别设有由控制器控制通断的开关，交流供电系统通过过零检测单元与控制器电性连接，控制器向小功率负载系统以及各路负载发出的PWM信号；

[0006] 对于交流供电系统中任意第k路负载，控制器发出的PWM信号的时机遵循以下规律：

[0007] 设nsk=Yk‑1*N为该PWM信号在控制周期N中所处的位置，即用于控制第k路负载的PWM信号的发出时刻为nsk；分Dk+Yk‑1>100%和Dk+Yk‑1≤100%两种情况进行控制，其中Dk是控制器发出的用于控制第k路负载的PWM信号的占空比，Yk=取小数部分（DZk）*100%，，控制波包括有效波形段和无波形段，即开关导通时段和即开关关断时段：

[0008] a、当Dk+Yk‑1>100%时，一个控制周期N内的控制波包括n0时段的有效波形段、n1时段的无波形段以及n2时段的有效波形段，其中：

[0009] n0=(Dk+Yk‑1‑1)*N

[0010] n1=(1‑Dk)*N

[0011] n2=(1‑Yk‑1)*N

[0012] 用于控制第k路负载的PWM信号nsk与n2时段的起始时刻对齐；

[0013] b、当Dk+Yk‑1≤100%时：一个控制周期N内的控制波包括n0时段的无波形段、n1时段的有效波形段以及n2时段的无波形段，其中：

[0014] n0=Yk‑1*N

[0015] n1=Dk*N

[0016] n2=(1‑Dk‑Yk‑1)*N

[0017] 用于控制第k路负载的PWM信号nsk与n1时段的起始时刻对齐。

[0018] 控制器发出的用于控制第k路负载的PWM信号的占空比Dk为百分数。

[0019] 设Nk为控制器控制第k路负载的导通时间，是交流半波的整数倍，Nk=Dk*N。

[0020] 本发明基于其技术方案所具有的有益效果在于：

[0021] 本发明一种多路交流负载的功率分配及功率均衡控制方法将多路交流负载根据功率大小进行分组，功率相近的负载分在同一组，把每组的交流负载的占空比按时间顺序依次排列，同组中每路负载的占空比依照所处排列时间对齐，通过三段时间控制，使得本组负载系统在一个控制周期内达到功率均衡。一个PWM控制周期包括若干个交流半波周期，根据PWM控制功率开关导通和关断的比例，计算出控制导通和关断的交流半波周期的个数，根据这些周期个数进行三段时间的PWM控制。通过控制功率开关在控制周期内的导通时间的位置，达到多负载系统的功率输出均衡控制，达到交流供电系统负荷跳动最小目的，另外通过检测交流供电系统电压过零点，在过零点位置对功率开关进行开关控制，达到零电压零电流开通和关断、减少EMC干扰的效果。

附图说明

[0022] 图1是交流供电系统示意图。

[0023] 图2是本发明提供的一种多路交流负载的功率分配及功率均衡控制方法的控制情况示意图。

[0024] 图3是实施例给出的两种控制方法对齐位置示意图。

具体实施方式

[0025] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

[0026] 本发明提供了一种多路交流负载的功率分配及功率均衡控制方法，包括以下过程：

[0027] 参照图1，设交流供电系统中有多路负载，分成两组：大功率负载系统和小功率负载系统，其中大功率负载系统有n路负载，每路负载分别设有由控制器控制通断的开关；对于大功率负载系统中任意第k路负载，控制器发出的PWM信号的时机遵循以下规律：

[0028] 设nsk=Yk‑1*N为该PWM信号在控制周期N中所处的位置，即用于控制第k路负载的PWM信号的发出时刻为nsk；参照图2中的（1）和图2中的（2），分Dk+Yk‑1>100%和Dk+Yk‑1≤100%两种情况进行控制，其中Dk是控制器发出的用于控制第k路负载的PWM信号的占空比，Yk=取小数部分（DZk）*100%， ，控制波包括有效波形段和无波形段，即开关导通时段和即开关关断时段：

[0029] a、参照图2中的（1），当Dk+Yk‑1>100%时，一个控制周期N内的控制波包括n0时段的有效波形段、n1时段的无波形段以及n2时段的有效波形段，其中：

[0030] n0=(Dk+Yk‑1‑1)*N

[0031] n1=(1‑Dk)*N

[0032] n2=(1‑Yk‑1)*N

[0033] 用于控制第k路负载的PWM信号nsk与n2时段的起始时刻对齐；

[0034] b、参照图2中的（2），当Dk+Yk‑1≤100%时：一个控制周期N内的控制波包括n0时段的无波形段、n1时段的有效波形段以及n2时段的无波形段，其中：

[0035] n0=Yk‑1*N

[0036] n1=Dk*N

[0037] n2=(1‑Dk‑Yk‑1)*N

[0038] 用于控制第k路负载的PWM信号nsk与n1时段的起始时刻对齐。

[0039] 控制器发出的用于控制第k路负载的PWM信号的占空比Dk为百分数。

[0040] 设Nk为控制器控制第k路负载的导通时间，是交流半波的整数倍，Nk=Dk*N。

[0041] 参照图3中的（1）和图3中的（2），以具有5路负载的功率控制系统：每路负载额定功率Pd，供电系统总输出功率Pz，占空比分别为D1、D2、D3、D4、D5，对应的占空比时间分别为N1、N2、N3、N4、N5；控制周期为N。参照图3中的（2），根据多路交流负载的功率均衡控制方法，分别求出各路负载系统在周期N中的对齐位置ns1、ns2、ns3、ns4、ns5：

[0042] （1）第1路负载：

[0043] ns1=Y0*N=0

[0044] n0=Y0*N=0

[0045] n1=D1*N=N1

[0046] n2=(1‑D1‑Y0)*N=(1‑D1)*N=N‑N1

[0047] （2）第2路负载：

[0048] ns2=Y1*N=D1*N=N1

[0049] n0=Y1*N=D1*N=N1

[0050] n1=D2*N=N2

[0051] n2=(1‑D2‑Y1)*N=(1‑D2‑D1)*N=N‑N2‑N1

[0052] （3）第3路负载：

[0053] ns3=Y2*N=(D1+D2)*N=N1+N2

[0054] n0=(D3+Y2‑1)*N=N1+N2+N3‑N

[0055] n1=(1‑D3)*N=N‑N3

[0056] n2=(1–Y2)*N=N‑N1‑N2

[0057] （4）第4路负载：

[0058] ns4=Y3*N=N1+N2+N3‑N

[0059] n0=Y3*N=N1+N2+N3‑N

[0060] n1=D4*N=N4

[0061] n2=(1‑D4‑Y3)*N=2*N‑N4‑N3‑N2‑N1

[0062] （5）第5路负载：

[0063] ns5=Y4*N=N1+N2+N3+N4‑N

[0064] n0=Y4*N=N1+N2+N3+N4‑N

[0065] n1=0

[0066] n2=D5*N=N5

[0067] 经过计算，采用本发明所提供的一种多路交流负载的功率分配及功率均衡控制方法，在控制周期N内任意时刻，供电系统总输出功率Pz=2*Pd。而采用传统边沿对齐控制方法，参照图3中的（1），每一路负载的对齐点一样，在0 na阶段，Pz=5*Pd；在na nb阶段，Pz=4*~ ~Pd；在nb nc阶段，Pz=3*Pd；在nc nd阶段，Pz=2*Pd；在nd ne阶段，Pz=Pd；在ne nf阶段，Pz=~ ~ ~ ~
0。由此可见传统控制方法在每个控制周期内交流供电系统的总负荷从大到小，变化很大，增加了交流供电系统的有功/无功补偿难度，并且交流供电系统输出电流抖动较大。而采用本发明的控制方法交流供电系统的总负荷比较平稳。

[0068] 本发明提供的一种多路交流负载的功率分配及功率均衡控制方法，根据各路负载功率大小进行分组，功率相近的负载分为一组，在每个分组内利用三段不定长时间的任意对齐PWM控制算法，控制功率开关在控制周期内的导通时间的位置，达到多负载系统的功率输出均衡控制，达到供电系统负载跳动最小目的，另外通过检测交流供电系统电压过零点，在过零点位置对功率开关进行开关控制，达到零电压零电流开通和关断，减少EMC干扰的目的。