基于一種無主從自均流逆變器并聯(lián)裝置的設(shè)計

1 引言

逆變器并聯(lián)運行是提高系統(tǒng)可靠性和擴大系統(tǒng)容量的一種有效途徑，廣泛應(yīng)用于不間斷電源。逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的模塊化、易擴展、高可靠性、大功率是未來研究的發(fā)展趨勢。

此處設(shè)計的無主從自均流模塊逆變器并聯(lián)僅需檢測各自輸出的電壓、電流及電網(wǎng)電源電壓相位和頻率，即可達到各模塊輸出電壓同步和功率均分控制。模塊間無主從之分，信號交流通過CAN總線傳遞，這樣可盡量少地接收到干擾信號，提高系統(tǒng)可靠性。該裝置采用DSP進行主要控制，F(xiàn)PGA輔助控制，系統(tǒng)響應(yīng)快速，各逆變器之間進行熱插拔不影響其余在線逆變器的穩(wěn)定運行，從而實現(xiàn)無主從逆變器并聯(lián)穩(wěn)定運行和自動均流的目的。

2 逆變器并聯(lián)均流策略

2.1 主電路拓撲

此處設(shè)計的無主從自均流逆變器并聯(lián)系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示，主電路由兩個全橋電路組成，第1個全橋H1對電網(wǎng)進行單位功率因數(shù)整流AC/DC，對電網(wǎng)污染少;第2個全橋H2進行DC/AC并聯(lián)輸出電壓控制對負載供電，并保證各并聯(lián)逆變器均分負荷且相互間無環(huán)流。Ls為電網(wǎng)側(cè)工頻電感，Cs為電網(wǎng)輸入側(cè)電容。直流濾波電容C構(gòu)成直流電壓的支撐環(huán)節(jié)，負載端采用T型濾波器Lo，Co，L1，系統(tǒng)并聯(lián)向負載供電。

2.2 均流策略分析

圖2示出兩個逆變器并聯(lián)的等效模型，多個逆變器模型與其類似，其中，u1，u2為逆變器1，2的空載電壓，i1，i2為逆變器1，2的輸出電流，Z1，Z2為逆變器1，2的等效輸出阻抗，一般可近似等效為電抗，即Z1=Z2=jX，uo，io，Zo分別為并聯(lián)母線的負載電壓、負載電流和負載阻抗，且u1，u2與uo的相位差分別為φ1，φ2，即u1=U1∠φ1，u2=U2∠φ2，uo=Uo∠0°。

據(jù)圖2和上述分析得出逆變輸出電流為：

由上述功率分析可知，逆變器并聯(lián)的輸出有功功率近似僅與電壓相位有關(guān)，輸出的無功功率近似僅與電壓幅值有關(guān)。2.3 并聯(lián)系統(tǒng)控制策略

逆變器并聯(lián)運行時，H2工作在正弦脈寬調(diào)制(SPWM)逆變模式，各逆變器首先通過測量各自輸出電壓ui和各自輸出電流ii，計算出該模塊輸出的有功功率Pi和無功功率Qi，并傳給其他模塊。該模塊將自身的有功、無功值與并聯(lián)系統(tǒng)其他模塊統(tǒng)計得到的平均功率Paver=∑(P1+P2+ …+Pn)/n和Qaver=∑(Q1+Q2+…+Qn)/n做差，經(jīng)系統(tǒng)PI調(diào)節(jié)后得到第i個逆變器輸出電壓參考波的頻率調(diào)節(jié)量△fi和幅值調(diào)節(jié)量△Umi。此外，各逆變器輸出電壓ui的頻率采用跟蹤電網(wǎng)電壓us頻率的方法，并實時檢測ui與us的相位差和幅值差是否滿足并聯(lián)條件?？刂撇呗钥驁D如圖3所示。

由圖3可見，并聯(lián)系統(tǒng)通過控制各逆變器輸出功率無差達到輸出電壓無差，滿足逆變器并聯(lián)條件。各逆變器間通過CAN總線交換各自輸出到負載的有功無功信號，每個逆變器都以平均功率作為功率參考值，將誤差通過PI控制器調(diào)節(jié)電壓頻率和幅值的參考值，即在原有電壓瞬時值內(nèi)環(huán)和有效值外環(huán)基礎(chǔ)上再加兩個功率控制環(huán)。

系統(tǒng)自動檢測逆變器工作臺數(shù)，快速計算平均功率，當(dāng)系統(tǒng)突加或突減一臺時能迅速應(yīng)對，保證系統(tǒng)繼續(xù)穩(wěn)定運行，實現(xiàn)系統(tǒng)熱插拔功能。

2.4 功率計