基于容量比例分配的三相逆变器并联系统分析

1 引言

随着电力电子技术的发展，电力负载的增大，对电源的功率要求越来越大，往往一个电源已经不能满足要求，通常要求多个逆变电源并联起来使用。但是逆变器(如UPS)由于其输出为正弦波，其并联运行远比一般的直流电源困难。当一个模块投入时或运行中，其输出电压的频率、相位和幅度必须与其它工作模块精确一致，若没有适当的控制，任何一个量的微小偏差都将造成很大的环流，严重降低系统的效率，甚至损坏模块。

目前对于逆变电源的并联研究，主要是考虑同等容量均流的研究，虽然现在已经取得了很多的成果，比如传统的频率、电压下垂均流法，但此种方法不能随着负载的改变实时的进行均流。而且其他大多数的并联方法只是针对于相同容量的逆变器进行并联控制。对于不同容量的均流控制，还有对于紧急情况下，如汶川大地震中的电力抢险，找不到同等容量的逆变电源并联，只能依靠不同容量的逆变电源。当前对于不同容量逆变电源的并联研究甚少。

本文提出了一种分布式瞬时均流的方案，而且相对比较简单，只用调整两个逆变器的容量比例就能按容量对电流进行均分，可以很好的应用在不同容量逆变器并联的场合。

2 三相逆变器的主电路形式及原理

如图1所示，单个逆变器的主电路由一个三相逆变桥，LC滤波器和负载组成。图1下部的框图是它的控制电路。

其中三相逆变桥由6个IGBT组成，由直流侧供电产生PWM波，经过LC滤波器以后得到三相正弦电压。控制电路采用电压电流双闭环控制方式，其中电压外环的电压调节器采用PI控制器，基准信号跟三相负载电压比较后，作为内环电感电流信号基准。电流内环采用电感电流瞬时值反馈控制并且加一个负载电流前馈控制，以更好的瞬时反应波形，利用三态电流滞环跟踪方式。当调制频率足够高时(远高于输出滤波器频带宽度)，电流环可以等效为一个电流跟随器，即相当于一个比例环节K，将负载电流加入参考电流中，使得可以随着负载变化进行瞬时电流分配。

3 并联系统的理论分析

对两个逆变器并联系统的单相做出的等效控制框图如图2所示。

其中模块之间的总线信号为:Vr，Vf，Ig。它们分别表示来自各个模块进行比例分配后的基准电压，反馈电压和基准电流。设ti为每个逆变器的功率与总功率的比值。因为两个逆变器并联起来的输出电压是相等的，只要它们的输出电流按照比例进行均分就可以实现逆变器按照容量并联。

首先考虑三个比例均分环节，即参考电压Vr，反馈电压Vf，电流基准Ig。

由以上（1）到（14）式可以得到并联系统的等效控制图如图3所示。

图3说明了并联系统跟单个逆变器的控制规律是一样的，即每个逆变器相互独立，只是相差了一个比例系数ti。因此，可以通过调节ti，达到按照功率分配输出电流的目的。

4 仿真分析

针对图2所示的控制框图，本文设计了两台三相逆变器，它们的容量比。

为了以示区别，设计逆变器1输出三相滤波器电感L1=1.51mh，电容C1=19.9μf。逆变器2输出三相电感L2=1.5mh，电容C2=20μf。可以画出控制框图如图4所示。由图4可以看出只要调整比例系数t1，t2就可以按照容量对每一个逆变器输出电流进行分配。这里的t1=0.25，t2=0.75，当t1=t2=0.5时，就是同等容量逆变器的均流。

4.1 各种负载情况下的仿真分析

图5到图8，分别是并联系统接电阻，阻感，阻容，非线性负载情况下的仿真波形图。由图可以看出，并联系统中每一个逆变器的输出电流都是按照1:3的容量比进行电流分配的，输出电流只是幅值进行了比例分配，相位，频率并没有改变，由此，证明了提出的三相逆变器并联系统方案是可行的。

4.2 逆变系统动态性能仿真分析

在突加突减负载的情况下，对逆变系统进行仿真，得到图9波形。由图9可以看出在突加负载后逆变系统迅速稳定下来，突减负载后，经过一个调整周期逆变系统也稳定下来，并且逆变系统始终保持输出电流按照1:3的容量分配。系统的动态性能良好。

5 结语

由理论推导和仿真分析可以得出，提出的这种瞬时电压电流反馈方法很好的实现了按照逆变器各自容量比例进行能量分配，证明了此种方法在紧急的抢险场合可以很好的使用来避免发生电力事故。

参考文献

[1] 邢岩,严仰光.电流型调节逆变器的冗余并联控制方法[J],中国电机工程学报,2004,24(11):199～202.

[2] 肖岚,刘爱忠,方天治,阮新波.使用平均电流控制的逆变器并联系统[J],中国电机工程学报,2008(1):77～81.

[3] 谢孟,蔡昆,胜晓松等.400Hz中频单相电压源逆变器的输出控制及其并联运行控制[J].中国电机工程学报,2006,26(6):78～82.

[4] 姜桂宾,裴云庆,杨旭,等.SPWM 逆变电源的无互联信号线并联控制技术研究[J].中国电机工程学报,2003,23(12):94～98.

[5] 谢孟,蔡昆,胜晓松等.400Hz中频单相电压源逆变器的输出控制及其并联运行控制[J].中国电机工程学报,2006,26(6):78－82.

[6] 肖岚.基于主从控制的逆变器并联系统研究[J].东南大学学报,2002,32(1):133～137.

作者简介：

何易桓，（1984－）男，硕士研究生，研究方向为逆变电源的并联。

张代润，（1965－）男，教授，硕士生导师，长期从事电能质量，电力电子技术的研究。

张竹，（1985－）女，硕士研究生，研究方向为电力电子与电力传动。

王超，（1984－）男，硕士研究生，研究方向为电力电子与电力传动。