基于容量比例分配的三相逆變器并聯(lián)系統(tǒng)分析

1 引言

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力負載的增大，對電源的功率要求越來越大，往往一個電源已經(jīng)不能滿足要求，通常要求多個逆變電源并聯(lián)起來使用。但是逆變器(如UPS)由于其輸出為正弦波，其并聯(lián)運行遠比一般的直流電源困難。當(dāng)一個模塊投入時或運行中，其輸出電壓的頻率、相位和幅度必須與其它工作模塊精確一致，若沒有適當(dāng)?shù)目刂疲魏我粋€量的微小偏差都將造成很大的環(huán)流，嚴重降低系統(tǒng)的效率，甚至損壞模塊。

目前對于逆變電源的并聯(lián)研究，主要是考慮同等容量均流的研究，雖然現(xiàn)在已經(jīng)取得了很多的成果，比如傳統(tǒng)的頻率、電壓下垂均流法，但此種方法不能隨著負載的改變實時的進行均流。而且其他大多數(shù)的并聯(lián)方法只是針對于相同容量的逆變器進行并聯(lián)控制。對于不同容量的均流控制，還有對于緊急情況下，如汶川大地震中的電力搶險，找不到同等容量的逆變電源并聯(lián)，只能依靠不同容量的逆變電源。當(dāng)前對于不同容量逆變電源的并聯(lián)研究甚少。

本文提出了一種分布式瞬時均流的方案，而且相對比較簡單，只用調(diào)整兩個逆變器的容量比例就能按容量對電流進行均分，可以很好的應(yīng)用在不同容量逆變器并聯(lián)的場合。

2 三相逆變器的主電路形式及原理

如圖1所示，單個逆變器的主電路由一個三相逆變橋，LC濾波器和負載組成。圖1下部的框圖是它的控制電路。

其中三相逆變橋由6個IGBT組成，由直流側(cè)供電產(chǎn)生PWM波，經(jīng)過LC濾波器以后得到三相正弦電壓?？刂齐娐凡捎秒妷弘娏麟p閉環(huán)控制方式，其中電壓外環(huán)的電壓調(diào)節(jié)器采用PI控制器，基準信號跟三相負載電壓比較后，作為內(nèi)環(huán)電感電流信號基準。電流內(nèi)環(huán)采用電感電流瞬時值反饋控制并且加一個負載電流前饋控制，以更好的瞬時反應(yīng)波形，利用三態(tài)電流滯環(huán)跟蹤方式。當(dāng)調(diào)制頻率足夠高時(遠高于輸出濾波器頻帶寬度)，電流環(huán)可以等效為一個電流跟隨器，即相當(dāng)于一個比例環(huán)節(jié)K，將負載電流加入?yún)⒖茧娏髦?，使得可以隨著負載變化進行瞬時電流分配。

3 并聯(lián)系統(tǒng)的理論分析

對兩個逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的單相做出的等效控制框圖如圖2所示。

其中模塊之間的總線信號為:Vr，Vf，Ig。它們分別表示來自各個模塊進行比例分配后的基準電壓，反饋電壓和基準電流。設(shè)ti為每個逆變器的功率與總功率的比值。因為兩個逆變器并聯(lián)起來的輸出電壓是相等的，只要它們的輸出電流按照比例進行均分就可以實現(xiàn)逆變器按照容量并聯(lián)。

首先考慮三個比例均分環(huán)節(jié)，即參考電壓Vr，反饋電壓Vf，電流基準Ig。

由以上（1）到（14）式可以得到并聯(lián)系統(tǒng)的等效控制圖如圖3所示。

圖3說明了并聯(lián)系統(tǒng)跟單個逆變器的控制規(guī)律是一樣的，即每個逆變器相互獨立，只是相差了一個比例系數(shù)ti。因此，可以通過調(diào)節(jié)ti，達到按照功率分配輸出電流的目的。

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4 仿真分析

針對圖2所示的控制框圖，本文設(shè)計了兩臺三相逆變器，它們的容量比。

為了以示區(qū)別，設(shè)計逆變器1輸出三相濾波器電感L1=1.51mh，電容C1=19.9μf。逆變器2輸出三相電感L2=1.5mh，電容C2=20μf?？梢援嫵隹刂瓶驁D如圖4所示。由圖4可以看出只要調(diào)整比例系數(shù)t1，t2就可以按照容量對每一個逆變器輸出電流進行分配。這里的t1=0.25，t2=0.75，當(dāng)t1=t2=0.5時，就是同等容量逆變器的均流。

4.1 各種負載情況下的仿真分析

圖5到圖8，分別是并聯(lián)系統(tǒng)接電阻，阻感，阻容，非線性負載情況下的仿真波形圖。由圖可以看出，并聯(lián)系統(tǒng)中每一個逆變器的輸出電流都是按照1:3的容量比進行電流分配的，輸出電流只是幅值進行了比例分配，相位，頻率并沒有改變，由此，證明了提出的三相逆變器并聯(lián)系統(tǒng)方案是可行的。

4.2 逆變系統(tǒng)動態(tài)性能仿真分析

在突加突減負載的情況下，對逆變系統(tǒng)進行仿真，得到圖9波形。由圖9可以看出在突加負載后逆變系統(tǒng)迅速穩(wěn)定下來，突減負載后，經(jīng)過一個調(diào)整周期逆變系統(tǒng)也穩(wěn)定下來，并且逆變系統(tǒng)始終保持輸出電流按照1:3的容量分配。系統(tǒng)的動態(tài)性能良好。

5 結(jié)語

由理論推導(dǎo)和仿真分析可以得出，提出的這種瞬時電壓電流反饋方法很好的實現(xiàn)了按照逆變器各自容量比例進行能量分配，證明了此種方法在緊急的搶險場合可以很好的使用來避免發(fā)生電力事故。

參考文獻

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[3] 謝孟,蔡昆,勝曉松等.400Hz中頻單相電壓源逆變器的輸出控制及其并聯(lián)運行控制[J].中國電機工程學(xué)報,2006,26(6):78～82.

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作者簡介：

何易桓，（1984－）男，碩士研究生，研究方向為逆變電源的并聯(lián)。

張代潤，（1965－）男，教授，碩士生導(dǎo)師，長期從事電能質(zhì)量，電力電子技術(shù)的研究。

張竹，（1985－）女，碩士研究生，研究方向為電力電子與電力傳動。

王超，（1984－）男，碩士研究生，研究方向為電力電子與電力傳動。 ■