逆变器闭环控制与并联均流的矛盾分析及并联控制

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1、中国电工技术学会电力电子学会第十一届学术年会逆变器闭环控制与并联均流的矛盾分析及并联控制张纯江丁峰张文新朱艳萍燕山大学电气工程学院秦皇岛066004Email：zhangcj@ysu.edu.cn摘要本文在建立单相逆变器系统数学模型基础上，分析了闭环控制与并联均流之间存在矛盾关系，提出基于参考电压前馈的开闭环复合控制以解决这种矛盾，同时提出互动跟踪同步和电压幅值调节均流的并联控制方案，利用DSP数字实现两台逆变器并联运行。实验结果表明，该并联均流控制方案能够很好的实现并联系统的静、动态均流，并且可实现N+1冗余并联。关键

2、词逆变器，并联，均流，闭环控制1．引言S1S3在分布式供电方式中，多模块并联实现大容量电LiEfL源被认为是当今电源变换技术发展的重要方向之一auabCRufo[1,2]。并联技术可有效地解决集中工作方式存在的问bSS题，实现N+1裕度供电，提高电源供电可靠性和维修24性，保证不中断供电[3]。多个模块并联，可以灵活地构成各种功率容量，有利于缩短研制、生产周期和降图1单相逆变器拓扑u低成本。实现逆变电源并联运行必须保证各逆变电源refvuomGsV()GsC()的逆变模块输出电压的幅值、相位、频率和直流分量严格一致。如果

3、并联系统中各逆变模块的输出之间存在电压的矢量差或幅值差，那么必然导致并联模块间KV存在环流，这对于并联系统而言是无益的，既会造成图2逆变器电压闭环反馈控制框图能量损耗，更会导致整个系统的不稳定[4]。加的趋势。以两台逆变模块并联为例，电压瞬时值反单台逆变电源通常采用电压电流双闭环控制，以馈电感电流内环反馈分析电压闭环与均流的矛盾。逆保证输出电压稳定和获得较好的动静态性能，然而这变器只考虑电压闭环控制，电流环归结为内环传递函种闭环反馈控制与并联均流之间存在矛盾。本文从建数为Gs()，系统等效框图如图2所示，由图可得C立逆变

4、器数学模型入手分析这种矛盾关系，并提出开ìïv=-G()uKUmVrefVo环与闭环结合的复合控制以解决这种矛盾关系，同时í(2)ïîU=G()svgoCm构建了基于互动跟踪电压调幅的并联控制策略。并联后，系统输出电压为介于两台逆变器输出电压之间，设逆变器单独运行时输出电压分别为U、2．闭环反馈与并联均流的矛盾分析o1U，并联后输出电压为U，并设o2o对于单相H桥逆变器拓扑如图1所示。假设开关U-DU=U=UU+D(3)o12oo频率远远大于输出交流电压频率，则可将H桥逆变部将式(3)代入到(2)中得分等效为比例环节并令

5、其放大倍数为M，那么逆变器'ìU=U+DGGcgKU模型（暂不考虑M）等效为输出滤波器模型。经推导ïo1o1VV(4)í'得出ïîUo2=Uo2-DGVVGcgKUUs()Ro=(1)可见，并联后由于电压反馈的作用使得逆变器间2Us()RCLs++LsRabfff的电压差增大，使得输出电压高的更高，低的更低，逆变器若为开环控制，则产生的环流仅仅由模块并有进一步加剧的趋势。间给定电压以及传输通道的差异引起，故环流稳定并且不会发散。但实际中的逆变器模块采用电压反馈控3．具有电压前馈的双闭环控制制，电压反馈的结果将使得模块间的

6、环流比开环有增为了降低这种正反馈作用，本课题采用开环与闭河北省自然科学基金资助（602234）河北省电力电子节能与传动控制重点实验室中国电工技术学会电力电子学会第十一届学术年会Us()环相结合的复合控制，使逆变器输出不只是依赖于误Gs()==oUs()io=0差量，降低了对反馈通道的要求。这里的电压前馈是ref(8)KMKs+KMK指将参考电压前馈到电流调节器的输出位置。带有给pI32LfCs+KMKCs+(KKMK++1)sKKKM定电压前馈的电流内环框图如图3所示。ocovPIvU比较式(7)与式(8)知：特征方程(

7、分母)未改变，系refUiUsecIL统的稳定性不变，但是式(7)分子中增加了一项Ms，Gs()Gs()I2使得控制作用加强，缓解了闭环控制与并联均流的矛盾。对于下列参数L=1.5mH，C=20μF，K=2，ffPKCK=500，K=0.01，K=0.2，K=1分别画出两种情IVC图3电流内环加电压前馈控制框图况的伯德图如图5所示。其中BodeDiagramGm=Inf,Pm=90.3deg(at5.36e+004rad/sec)60IsL()RCso+1G(s)G()sM==(5)40Zo(s)22Ussec()RCo

8、Lffs++LsR2200由电流环等效框图可知，电流环为两个输入一个Magnitude(dB)-20输出的环节，根据线性系统叠加原理，系统输出应等-4090于它们各自单独作用时输出之和，故有0G(s)G(s)Gs()I22IL(s)=+Ui(s)Usref()Phase(deg)-901++KG(s)G(s)1KG(