逆變器并聯(lián)系統(tǒng)開關(guān)環(huán)流的研究

摘要：多逆變器構(gòu)成的微電網(wǎng)在孤島運行時，逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中會存在環(huán)流問題。對現(xiàn)有環(huán)流問題進(jìn)行擴(kuò)展分析，提出開關(guān)環(huán)流的概念，并基于開關(guān)器件級的電路模型，研究電路參數(shù)與開關(guān)環(huán)流之間的關(guān)系，提出能夠較好抑制開關(guān)環(huán)流的電路參數(shù)的設(shè)計原則。通過仿真和實驗明確了所提出的開關(guān)環(huán)流概念的理論和實際意義，并驗證了對其分析以及抑制的電路參數(shù)設(shè)計方法的有效性和可行性。
關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)；逆變器并聯(lián)；開關(guān)環(huán)流；紋波

1 引言
微電網(wǎng)將各種類型的分布式能源通過多逆變器并聯(lián)系統(tǒng)連接在一起。當(dāng)微電網(wǎng)運行于孤島模式時，其系統(tǒng)電壓由各并聯(lián)逆變器共同支撐，而逆變器并聯(lián)系統(tǒng)由于存在環(huán)流問題，會影響微電網(wǎng)的可靠運行。目前，環(huán)流的分析和抑制是微電網(wǎng)逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的重要研究內(nèi)容。
文獻(xiàn)從逆變器并聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定性角度著手，建立了小信號模型，并基于穩(wěn)定性及動態(tài)性能分析，得出了控制參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響關(guān)系。文獻(xiàn)提出環(huán)流阻抗的概念，并在此基礎(chǔ)上提出了環(huán)流阻抗調(diào)節(jié)器用以改變并聯(lián)系統(tǒng)的環(huán)流阻抗，取得較好的效果。文獻(xiàn)對基于電壓電流雙環(huán)控制的逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中的環(huán)流特性進(jìn)行了建模和分析。建立基于等效輸出阻抗和求解微分方程的環(huán)流特性分析方法，并給出了逆變器輸出有、無功環(huán)流與輸出電壓幅值和相位之間的定量關(guān)系。文獻(xiàn)對三相逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中的零序環(huán)流進(jìn)行了模型和分析研究。文獻(xiàn)提出逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中統(tǒng)一調(diào)制概念，但與之相關(guān)的各因素間如何相互影響及如何進(jìn)行抑制等問題，還未更深入探討。
這里在基于文獻(xiàn)的研究成果上，對逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中環(huán)流概念進(jìn)行了擴(kuò)展，提出了開關(guān)環(huán)流的概念，同時基于開關(guān)器件級模型對開關(guān)環(huán)流問題進(jìn)行了詳盡分析。通過分析并聯(lián)系統(tǒng)中各電路參數(shù)與開關(guān)環(huán)流之間的相互關(guān)系，提出了能較好抑制開關(guān)環(huán)流的電路參數(shù)的設(shè)計原則。最后通過仿真和實驗證明了所提出的開關(guān)環(huán)流概念的理論和實際意義，并驗證了電路參數(shù)設(shè)計方法的有效性和可行性。

2 開關(guān)環(huán)流的概念
圖1示出由兩臺單相半橋逆變器構(gòu)成的并聯(lián)系統(tǒng)，為單個負(fù)載供電的等效電路圖。理想情況下，兩逆變器模塊電路參數(shù)完全相同，任一時刻同一橋臂中有且僅有一個開關(guān)管導(dǎo)通，忽略開關(guān)管開通和關(guān)斷過程，并聯(lián)系統(tǒng)共有4種工作狀態(tài)，并且在兩逆變器開關(guān)狀態(tài)不同時，系統(tǒng)會產(chǎn)生開關(guān)環(huán)流。下面給出開關(guān)環(huán)流的定義。逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中的環(huán)流共由三部分組成：①直流環(huán)流：由于逆變器各模塊輸出電壓的直流偏置不同而產(chǎn)生的環(huán)流；②工頻環(huán)流：由于各模塊輸出電壓工頻分量(幅值、相位)的差異而產(chǎn)生的環(huán)流；③開關(guān)環(huán)流：由于各模塊對應(yīng)橋臂上非線性開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)不同步而產(chǎn)生的以開關(guān)頻率為變化頻率的環(huán)流。