逆變器并聯(lián)系統(tǒng)均流控制策略的研究

凌文青 祝龍記 楊盼盼

（安徽理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，安徽 淮南 232001）

逆變器并聯(lián)系統(tǒng)均流控制策略的研究

凌文青 祝龍記 楊盼盼

（安徽理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，安徽 淮南 232001）

針對逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的系統(tǒng)環(huán)流，提出了一種基于解耦控制的逆變器并聯(lián)系統(tǒng)均流控制策略，對各逆變器設(shè)置一個(gè)獨(dú)立的逆變電壓調(diào)整電路，通過調(diào)節(jié)逆變電壓使各逆變器的輸出電壓均相等，同時(shí)采用電壓外環(huán)、電感電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制方式來達(dá)到均分負(fù)載電流，即實(shí)現(xiàn)均流控制的目的。因各逆變電壓調(diào)整電路獨(dú)立控制，因而完成了逆變器并聯(lián)系統(tǒng)均流控制的解耦。在Matlab/Simulink下建立兩臺逆變器并聯(lián)系統(tǒng)仿真模型，仿真結(jié)果證實(shí)解耦控制下系統(tǒng)均流性能較為理想，系統(tǒng)環(huán)流較小。

逆變器；并聯(lián)系統(tǒng)；逆變電壓；解耦控制；雙環(huán)控制

逆變器并聯(lián)運(yùn)行滿足了現(xiàn)代供電系統(tǒng)大功率化、高可靠性的需求，逆變器并聯(lián)運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)，重點(diǎn)在于各逆變器均分負(fù)載電流，達(dá)到均流控制的目的。近年來提出了多種逆變器并聯(lián)系統(tǒng)均流控制方法，瞬時(shí)電流控制、下垂控制、平均功率控制是目前3種常用的均流控制方式[1-2]，但因其各自都存在一定的不足，從而使系統(tǒng)均流性能不理想而使其推廣應(yīng)用受到限制。

為此，本文提出一種基于解耦控制的逆變器并聯(lián)系統(tǒng)均流控制策略，對各逆變器施加一個(gè)獨(dú)立的逆變電壓調(diào)整電路，通過調(diào)節(jié)逆變電壓使各逆變器輸出電壓相等，同時(shí)采取電壓、電流雙閉環(huán)控制方式，實(shí)現(xiàn)逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的均流控制，并通過仿真實(shí)驗(yàn)證實(shí)在該控制方式下系統(tǒng)均流效果較為理想，并聯(lián)系統(tǒng)環(huán)流較小，且負(fù)載電流諧波含量也較少。

1 逆變器并聯(lián)系統(tǒng)環(huán)流的產(chǎn)生

逆變器的并聯(lián)運(yùn)行，重點(diǎn)在于各逆變器均分負(fù)載電流，達(dá)到均流控制的目標(biāo)。下面分析兩臺逆變器并聯(lián)運(yùn)行情況，圖1為其等效電路。U1、U2為兩逆變器輸出電壓；輸出濾波器L1=L2=L，C1=C2=C；Z為公共負(fù)載。

環(huán)流的定義為

可得系統(tǒng)環(huán)流表達(dá)式：

由式（2）可知，各逆變器間只要存在輸出電壓矢量差就會產(chǎn)生系統(tǒng)環(huán)流，由于濾波電感L數(shù)值較小，即使輸出電壓差很小也會產(chǎn)生較大的環(huán)流電流，導(dǎo)致額外的有功功率損耗，甚至影響逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，因此，進(jìn)行均流控制十分必要。

圖1 并聯(lián)運(yùn)行的兩臺逆變器等效電路

2 逆變器并聯(lián)系統(tǒng)環(huán)流解耦控制

2.1 系統(tǒng)環(huán)流解耦控制分析

由式（2）可知，逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中各逆變器間之所以會產(chǎn)生環(huán)流，其根本原因在于各逆變器的輸出電壓間存在矢量差[3]。因此，本文提出一種基于解耦控制的均流控制策略來控制各逆變器間的系統(tǒng)環(huán)流。

圖2為基于解耦控制的逆變器i均流控制框圖。由圖可知，對各逆變器設(shè)置一個(gè)獨(dú)立的逆變電壓調(diào)整電路，各逆變器的逆變電壓調(diào)整電路均相同。調(diào)整電路包括3個(gè)部分，分別為逆變電壓采樣、低通濾波和逆變電壓調(diào)節(jié)[4]。為了使各逆變器都能對自身的逆變電壓進(jìn)行采樣，各逆變器通過檢測電路對H橋的逆變電壓進(jìn)行采樣，然后經(jīng)低通濾波器和電壓調(diào)節(jié)電路調(diào)節(jié)得到逆變電壓反饋值（逆變器i）。反饋值作用到參考正弦信號上，再經(jīng)過電壓、電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器作用使本逆變器的輸出電壓等于負(fù)載電壓，即

則任意兩逆變器i、j間的電壓差為

由式（2）至式（4）可知，利用該均流控制策略可使各逆變器間的系統(tǒng)環(huán)流為零，達(dá)到均流控制的目的。由于各逆變電壓調(diào)整電路間相互獨(dú)立，因而完成了逆變器并聯(lián)系統(tǒng)均流控制的解耦。

2.2 系統(tǒng)環(huán)流解耦控制的實(shí)現(xiàn)

逆變電壓調(diào)整電路由電壓傳感器、低通濾波器和PI電壓調(diào)節(jié)器組成，圖3為其控制框圖。通過對

圖2 基于解耦控制的逆變器i均流控制框圖

圖3 逆變電壓調(diào)整電路框圖

最后urefi經(jīng)電壓、電流雙閉環(huán)控制器調(diào)節(jié)，使得各逆變器輸出電壓相等，達(dá)到逆變器并聯(lián)系統(tǒng)均流控制的目的。

3 電壓電流雙閉環(huán)控制器的設(shè)計(jì)

3.1 電壓電流雙閉環(huán)控制方式

雙閉環(huán)控制系統(tǒng)由外環(huán)電壓環(huán)和內(nèi)環(huán)電流環(huán)組成，電壓外環(huán)跟蹤逆變器輸出電壓，達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的[5]；電流內(nèi)環(huán)實(shí)時(shí)檢測電感電流，對擾動做出快速反應(yīng)，提高系統(tǒng)的暫態(tài)性能及抗干擾能力。圖4為電壓、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖。

圖4 電壓、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖

一般，電壓調(diào)節(jié)器GV和電流調(diào)節(jié)器GI均設(shè)計(jì)為PI調(diào)節(jié)器，即[6]

3.2 電流環(huán)參數(shù)整定

由于電流內(nèi)環(huán)需較好的動態(tài)響應(yīng)性能，故取電流內(nèi)環(huán)PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)折頻率為500Hz，取ki2=50，得kP1=0.1，則電流內(nèi)環(huán)PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為

圖5是在Matlab下繪制的電流內(nèi)環(huán)輸出iL跟蹤負(fù)載擾動 i0的 Bode圖。從圖中可以看出，在ω＜5000rad/s頻段，幅頻特性比較平直，電流內(nèi)環(huán)對負(fù)載電流具有一定的跟蹤能力。

圖5 輸出電流iL對負(fù)載電流i0的Bode圖

3.3 電壓環(huán)參數(shù)整定

在確定電壓調(diào)節(jié)器GV參數(shù)時(shí)，可將電流內(nèi)環(huán)看做系數(shù)為1的比例環(huán)節(jié)，輸出濾波器參數(shù)：C=10μF，L=10mH，取R=100Ω，可得電壓外環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)：

取PI調(diào)節(jié)函數(shù)的轉(zhuǎn)折頻率為 5kHz，對整個(gè)系統(tǒng)來說，為避免低頻段的較大衰減，穿越頻率應(yīng)遠(yuǎn)大于工頻頻率，取為 500Hz，可求得：ki1=0.04、kP1=2000，則電壓外環(huán)的傳遞函數(shù)為

4 仿真實(shí)驗(yàn)

在Matlab/Simulink下建立并聯(lián)運(yùn)行的兩臺逆變器仿真模型，主電路為H橋逆變，系統(tǒng)參數(shù)為：直流側(cè)輸入電壓 Udc=300V，輸出濾波 L=10mH、C=10μF，負(fù)載電阻R=100Ω。假設(shè)逆變器1先投入運(yùn)行，待逆變器 1進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后再投入逆變器 2，組成逆變器并聯(lián)系統(tǒng)。

圖6為逆變器1、2輸出電流i1、i2及環(huán)流iH的波形，由仿真結(jié)果可以看出，逆變器1進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，逆變器2在0.1s時(shí)并入構(gòu)成逆變器并聯(lián)系統(tǒng)，逆變器1的電流峰值從19.2A降至約9.6A，同時(shí)逆變器2的電流峰值亦迅速升至約9.6A，可見并聯(lián)系統(tǒng)具有較好的均流能力，且系統(tǒng)環(huán)流較小。

圖7和圖8分別為非解耦控制和解耦控制下負(fù)載電流io的諧波分析，容易比較發(fā)現(xiàn)，采用解耦控制后負(fù)載電流的諧波得到明顯優(yōu)化，諧波含量少。

圖7 非解耦控制負(fù)載電流io諧波分析

圖8 解耦控制下負(fù)載電流io諧波分析

5 結(jié)論

本文針對逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的系統(tǒng)環(huán)流，提出了基于解耦控制的逆變器并聯(lián)系統(tǒng)均流控制策略，對各逆變器設(shè)置一個(gè)獨(dú)立的逆變電壓調(diào)整電路，通過逆變電壓調(diào)節(jié)使各逆變器的輸出電壓均相等，同時(shí)采取了電壓、電流雙閉環(huán)控制方式，并實(shí)施了仿真分析，仿真結(jié)果顯示：逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的負(fù)載電流均分效果較理想，且系統(tǒng)環(huán)流較??；負(fù)載電流的諧波得到明顯優(yōu)化，諧波含量較少，系統(tǒng)穩(wěn)定性得以提高。

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The Research of Flow Control Strategy in Inverter Parallel System

Ling Wenqing Zhu Longji Yang Panpan
(College of Electrical and Information Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan, Anhui 232001)

In view of the system circulation in inverter parallel system , a control strategy for inverter parallel system based on decoupling control is presented, setting up an independent inverter voltage adjust circuit for each inverter, the inverter output voltage are equal by adjusting the inverter voltage, at the same time, use the double closed loop control method of voltage outer ring and inductance current inner ring to divide the load current, namely achieve the purpose of flow control.because of the independent control of inverter voltage regulation circuit, thus achieved decoupling of flow control in inverter parallel system.Simulation experiment is carried out under the Matlab/Simulink, and the simulation results confirmed that the decoupling control of parallel system has good flow ability and system circulation is smaller.

inverter; paralleling system; inverter voltage; decoupling control; double loop control

安徽省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（1508085ME88）

凌文青（1990-），男，安徽安慶人，安徽理工大學(xué)在讀碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏﹄娮蛹夹g(shù)及應(yīng)用。