维普资讯 http://www.cqvip.com 第４１卷第６期 电力电子技术 Ｖｏ１．４１，Ｎｏ．６ ２００７年６月 Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｊｕｎｅ，２００７ 一种改进型逆变电源并联均流控制策略 刘永桥，段善旭 （华中科技大学，湖北武汉４３００７４） 摘要：提出了一种改进型逆变电源并联均流控制策略；给出了实现方法．并在５台三相１０ｋＶＡ逆变电源并联系 统上进行了实验验证。实验结果证明，该控制方案简单，实现方便，软硬件资源消耗少，负载均流性好。 关键词：逆变电源：并联／负载均流 中图分类号：ＴＮ８６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—１００Ｘ（２００７）０６—０００８—０２ Ａｎ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｓｈａｒｉｎｇ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｔｒａｔｅｇｙ ｆｏｒ Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｉｎｖｅｒｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ ＬＩＵ Ｙｏｎｇ—ｑｉａｏ．ＤＵＡＮ Ｓｈａｎ—ｘｕ （Ｈｕａｚｈｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ｃｍｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００７４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｈａｒｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｆｏｒ ｐａｒａｌｌｅｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｇｉｖｅｓ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅ・ ｄｕｒｅ ｏｆ ｄｅｓｉｇｎ．Ａｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｆｉｖｅ ｔｈｒｅｅ・ｐｈａｓｅ １０ｋＶＡ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｓｕｐｐｌｉｅｓ ｉｓ ｂｕｉｈ．ｔｈｅ ｒｅｓｕｈｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｓｃｈｅｍｅ ｉｓ ｓｉｍｐｌｅ ａｎｄ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｅｘｐｅｄｉｅｎｔｌｙ，ｉｔ ｅｘｐｅｎｄｓ ａ ｌｉｔｔｌｅ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｏｆ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ ｃａｎ ａｌｓｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｌｏａｄ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｈａｒｉｎｇ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｓｕｐｐｌｙ；ｐａｒａｌｌｅｌ／ｌｏａｄ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｈａｒｉｎｇ １ ｔ引 言 由此可 随着用电设备的增加和对供电质量要求的提 见。并联的各ＨＳＩ 高，用户对电源的性能、容量、可靠性等要求日益提 逆变电源输 ，（ 高。逆变电源的并联运行是满足这些要求的有效途 出有功功率Ｐ图１ 径。为了保证逆变电源并联系统稳定可靠地运行，系 主要取决于图中 逆变电源 统中每个逆变模块的负载电流都必须保持均衡。以 相位角 。输 ——忽略线路电阻的线路阻抗 减小并联模块间的环流ｌｌｌ。目前，常规的均流方法主 出无功功率Ｑ主要取决于输出电压的幅值 。由此 要有输出阻抗法、主从均流法Ｉ】１、平均电流法ｌ２Ｉ和最大 可得并联均流的控制措施．即各逆变模块可根据自 电流法［３１等。在这些方法中，很多都涉及到功率的计 身的容量、输出的有功功率和无功功率得到自身的 算问题。而对于低成本的逆变电源而言。这些功率计 ＡＰ和ａＱ，然后对其相位角 和给定的电压幅值 算就显得太过复杂。且软硬件资源的消耗也太大。 进行相应的调节，以实现对负载电流的均分及对环 为此．提出了一种基于分散逻辑控制的改进型 流的抑￥Ｕｌ４Ｊ 逆变电源并联均流控制策略．即通过检测并联系统 ３改进型均流策略的实现 中的瞬时平均电流和各逆变模块中的输出电流，并 在上述并联均流控制措施中．对电压的调节要 对这两个电流进行分解．用其分解量进行反馈调节 用到△尸和ａＱ。因此。快速、准确地检测出逆变器的 控制输出电压，实现并联系统的均流。最后，在５台 有功功率和无功功率是必要条件。图２示出功率计 三相１０ｋＶＡ逆变电源的并联系统中对该并联均流 控制策略进行了实验研究。 ２并联均流原理 图１示出两台逆变电源并联工作的等效电路。 通过数学分析，得到逆变电源ＵＳｉ（ ｌ，２）的输出功率 调节特性为： 源而言．功率 图２功率计算的数字化实现框图 ＡＰＳ／＝ｋｍ＝Ａｑ￣ ， ＡＱ ＝ 假＝△ （１） 的计算太过繁琐，且会消耗过多的软硬件资源。 式中ＡＰ，△ｐ——有功功率和无功功率的调节量 当瞬时输出电压 与给定的参考正弦ｓｉｍｏｔ同 定稿日期：２００６—１２—１８ 相或相位差很小时，由正交原理得到 ＝０；又因输 作者简介：刘永桥（１９８１一），男，湖北大悟人，硕士研究 出电压幅值的变化也不大，得到的 常数。由此 生。研究方向为逆变电源的波形控制和并联 技术。 可得，有功功率Ｐ和无功功率Ｑ与ＪｒＪ，，Ｈ成正比，再 ８ 维普资讯 http://www.cqvip.com 一种改进型逆变电源并联均流控制策略 进一步就不用计算Ｐ租Ｑ，而直接用，ｌ，，Ｒ实现负载 电流的均分和环流的抑制了。图３示出改进后的电 流分解框图。可见．改 进后的计算量减小了 许多．而且软件资源 图３改进后的电流分解框图 的消耗也降低了。 ３．１系统的并联结构 图４示出了系统的并联结构图。逆变电源采用 分散逻辑的控制方式并联：模块间通过相连的并机 通信总线交换信息。通信总线可分为同步总线、瞬时 平均电流检测总线等。各模块的输出都直接连接到 输出总线上供给负载。在并联系统中，每个模块检测 出各自的输出电流ｉ 然后送到并机总线上计算所 有模块ｉ。的瞬时平均值 所有信号的检测计算都 由硬件完成，均可实时检测。输出的均流和稳压控制 都在各模块内部完成。 图４系统的并联结构图 ３．２并联系统的均流调节 图５给出了单模块的系统控制框图。其电压内 环为瞬时值控制环，采用数字ＰＩＤ控制器．对输出电 压波形进行控制：在控制该电压波形的基础上，外环 上加了一个均压环．采用数字ＰＩ控制器．对输出电 压幅值 进行粗调；将检测到的ｉ ．和所有模块的ｉ 平均值 通过Ａ／Ｄ采样后，进行图３的分解，得到 它们的４个瞬时电流平均值分量 ， 和，０Ｉ， 。用 作为给定；用 作为反馈，通过数字ＰＩ调节器 后，就可微调输出电压的幅值。同样，用正ｎＲ作为给 定；用 作为反馈，通过调节器后，就可微调输出电 压的相位 ‘ ：图 幅 竺些 图５单模块的系统控制图 ４实验结果 基于上述分析，利用５台样机进行了实验研究。样 机的主要参数：主电路采用二极管中点箝位型三电平 逆变器，其容量Ｓ＝１０ｋＶＡ（单相３．３ｋＶＡ）；开关频率 １９．６ｋＨｚ；输出滤波电感Ｌ＝２．０６ｍＨ；滤波电容Ｃ－－－１０￣Ｆ： 输出电压ｕｏ－－２２０Ｖ／５０Ｈｚ；直流母线电压 Ｉ。 ４２５Ｖ。 图６ａ示出带线性负载时．５台逆变器并联时输 出电压 。、空载环流ｉ 及两个模块的输出电流ｉ ，ｉ 实验波形；图６ｂ示出带线性负载时．５台逆变器并联 时输出电压 ，和模块间环流ｉ 如，ｉ 实验波形；图 ６ｃ示出带整流性负载时．５台逆变器中４个并联模 块的输出电流ｉｏ，￣ｉ。 实验波形。其中，Ｕｏ＝２２０Ｖ，单机 满载电流为１２Ａ。表１给出带线性负载时，５台逆变 器并联中不同情况下各模块的输出电流。 姿薹 Ｌ ● ｛ ‘ ＾ Ｅ ｌ １ ＿立ｆ， 盎；是 一 ≤盖 泌 ≮ ．幡 ≥ Ⅳ‘ ・： ｌ ｊ ０、 － ．． ． ． ． ． 害警 － 善量 ｖ，．￣ ｋ ｋ。。…ｖＡ…＼＿７ＶＶＶ＼ ３毒 。 ｔ／２０ｍｓ／格 （ａ） ｉ ｉ ｌ１Ｉｉｏ２波形 ｊ ＾ ￣ｕｏ＾｝ 士＇ ｎ ｎ ＾＾ ’ 娑蓑 Ｌ 一直 ▲Ｌ 五盈ｊ：ｆ ｊ－． ｔ。 喜 曩 Ｉ ‘ ～¨ “ ｐ‘中一¨…¨一叶． ｒ一－ 詈｛ ＿｝ ｒ２ ｉ 、 ＾ｍ Ｖ ■吣 、＾．一－ — Ｊｒ３ ： ．｛． ： ｔｌ２Ｏｍｓ／格ｔ／２０ｍｓ／格 （ｂ）ｔｔｏ．ｉｒｌ，ｉｒ １Ｉｉｒ３波形 （ｃ）‘｝，ｉｏ２．／ｏ３，ｉｏ４波形 图６实验波形 表１均流情况 测试项目 空载 半载 ５／６的负载 满载 输出电压Ⅳ ２１８．６ ２１７．２ ２ｌ６．７ ２１６；２ 总负载电流，Ａ ０ ３Ｉ．３ ５２．５ ６１．１ 模块１电流，Ａ ０．１８ ６．２ １０．２ ＩＩ．８ 模块２电流，Ａ ０．１６ ６．４ ｌ０．５ ＩＩ．８ 模块３电流，Ａ ０．１３ ６．３ １０．５ ｌ２＿３ 模块４电流，Ａ ０．１３ ６．１ ｌ０．１ １２ 模块５电流／Ａ ０．１５ ６．２ ｌ０．４ ｌ２．３ 最大电流差，Ａ ０．０５ ０．２ ０．４ ０．５ 由实验结果可得，在５台逆变器并联情况下。模 块间空载时的最大电流差只有０．０５Ａ：带线性满载 时的最大电流差为０．５Ａ：模块间的最大环流为 ０．２５Ａ。可见，采用这种改进型的并联均流控制策略， 可使并联系统各模块间的负载电流均流性好。环流 较小。 ５结论 对功率的计算进行了简化．并依此方法提出了 一种改进型逆变电源并联均流控制策略：给出了实 现方法．并在５台三相１０ｋＶＡ逆变电源并联系统中 进行了实验验证。实验结果证明。该控（下转第３６页） ｑ 维普资讯 http://www.cqvip.com 第４１卷第６期 ２００７年６月 电力电子技术 Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｖｏ１．４１，Ｎｏ．６ Ｊｕｎｅ．２００７ 偿 ｉＩｌ ｌｊ ： 若采用单闭环控制策略，敏感负荷端电压需要一 定的时间，约３０ｍｓ才能到达稳态，并且有较大的 过电压，动态效果一般。而采用负荷电压外环和滤 波器电容电流内环的双闭环控制策略时，敏感负 ７ ≮ 熏妻熏 妻 ； ／ ｔ｜１ｍｓ／ 、 羲 ． 褥 偿 ｔ｜１ｍｓ｜ 荷端的电压小于３ｍｓ就能到达稳态，较负荷端电 压单闭环控制时暂态调整时间约快了ｌ０倍．动态 、 跌 辐 也 （ａ）ａ相电压跌落补偿 （ｂ）ｃ相电压跌落补偿 性能有很大的提升。 图６实验结果 由样机实验结果可见，采用双闭环控制策略的 ＤＶＲ系统动态响应速度非常快，约为２ｍｓ，同时具 有良好的稳定性。 ６结论 （１）采用负荷电压外环、滤波器电容电流内环的 双闭环控制策略，增大了ＤＶＲ装置的阻尼比，从而较 图４含ＤＶＲ的典型系统图 ２・００ 好地抑制了系统超调量．并有效减少了系统振荡次数。 （２）基于ＥＭＴＤＣ／ＰＳＣＡＤ的仿真研究，验证了双 闭环控制策略的有效性，并研制了一台３８０Ｖ／１０ｋＶＡ 工业样机。通过现场实验情况，证明了采用双闭环控 制策略可有效提高系统的稳定性，并改善ＤＶＲ的动 态性能。 １．５０ 专１．Ｏ０ ≈ ０．５０ ０ ｏ＿２３００。２４００ ２ ００‘２６ｏ０’２７ｏ ００２９ｏ ｏ’３００ ｏ。３ ００‘３２ｏ 《ａ）单闭环控制 参考文献 ： ‘ ｙ’ ● ＿ ● ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ［１】 王凯斐，李彦栋，卓放，等．一种可持续补偿三相动态 电压恢复器的研究［Ｊ】．电力电子技术，２００４，３８（１）：１￣３． ［２】 周雪松，张智勇，马幼捷，等．动态电压恢复器检测方法 和补偿策略的研究［Ｊ】．电力电子技术，２００６，４０（３）：１２３￣ １２５． ｔｌ Ｓ ｆｂ）坝闭环控制 图５两种控制策略的敏感负荷端电压 根据上述控制原理。研制了一台３８０Ｖ／３０ｋＶＡ ［３ 张秀娟，李晓萌，姜齐荣，３］等．动态电压调节￣（ＤＶＲ）的 设计与性能检测［Ｊ】．电力电子技术，２００４，３８（２）：２１￣２３． 『４］ 杨潮，韩英铎，马维新．单相串联电压质量补偿器控制 三相ＤＶＲ工业样机。图６ａ示出ＤＶＲ补偿ａ相电压 ｔｔ 的跌落图；图６ｂ示出ＤＶＲ补偿ｃ相电压／ｔ 的跌 落图。由图可见，ａ，ｃ两相的输入电压发生了不同程 器的研究［Ｊ］．电力系统自动化，２００２，２６（１５）：４５￣４８． ［５】Ｈｙｏｓｕｎｇ Ｋｉｍ，Ｓｅｕｎｇ・Ｋｉ Ｓｕ１．Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｒｅｓｔｏｒｅｒｓ ｂｙ Ｕｓｅ ｏｆ Ｆｅｅｄ Ｆｏｒｗａｒｄ 度的电压跌落，‰最低跌至１５４Ｖ； 最低跌至 １３４Ｖ。但输出电压幅值并未发生什么变化。这说明 ＤＶＲ的动作正确，补偿成功。 （上接第９页） ａｎｄ Ｓｔａｔｅ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｓｃｈｅｍｅ［Ｊ】．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． ｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ．２００５．２０（５）：１１６９—１１７７． 力电子技术，２００５，３９（２）：８８—８９． ａ１．Ｐａｒａｌｌｅｌ ＵＰＳ Ｗｉｔｈ ａ Ｉｎ－ ［３】 Ｃ Ｓ Ｌｅｅ，Ｓ Ｋｉｍ，Ｃ Ｂ Ｋｉｍ，ｅｔ制方案具有结构简单，实现方便，软硬件资源消耗 少，负载均流性好的特点。 参考文献 【１１ 段善旭．］模块化逆变电源全数字化并联控制技术研究【Ｄ】． 武汉华中科技大学．１９９９． ［２】刘济涛，张东来，等．ＵＰＳ并联的一种分散逻辑控制［Ｊ］．电 ｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｓｈａｒｉｎｇ Ｃｏｎｔｗｌ［Ａ】．ＩＥＣＯＮ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ （Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ）［Ｃ】．Ａａｃｈｅｎ，Ｇｅｒｍａｎｙ， １９９８：５６８￣５７３． ［４］ 姜桂宾。裴云庆。杨９４－９８． 旭，等．ＳＰＷＭ逆变电源的无互联信 号线并联控制技术［Ｊ】．中国电机工程学报，２００３，２３（１２）： ３６