逆变器并联运行的环流反馈控制

《
一
’１０００
１００…一——一・… ｏ奄五丽—百两’丽
ｏｉ—五晶—石面ｊ碡ｏ．∞面—荀西百ｉ广面而一矗ｉ８ 蛳■ｆ．ｒｊ。ｆ。，、？ｊ八ｊ
ｏ．ｉ２
∥３
ｏ．２
ｆ、？。ｉ、，
ｏ丽丽Ｆ丽而ｊ
图４单台逆变器仿真结果
Ｆｉｇ．４ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｉｎＶｅｒｔｅｒ
３．２两台逆变器并联系统仿真分析
ＬＩＵ
皂？＼厂｜｜ｆ＼。ｊｊ／’、ｊ。／一＼／、＼。Ｉ —１丽一硒ｒ一一丽——幽ｊ
Ｖ
～ √
１１／ ／ 、一ｚ
ｏ．３一
ｏ．ｊ２一ｏ．ｊ４
Ｃｈｅｎ哥ｘｕ．Ｓｔｕｄｙ
ｏｆ Ｌｏｗ Ｆｌｏｏｒ
Ｌｉ曲ｔ Ｒａｉｌ
ｖｅｈｉｃｌｅ Ｊｉａｏｔｏｎｇ
冬◇＼／＼，■．ｊ、。厂、一ｊ厂＼～『＾
、√
？、Ｊ 、√
Ｐａｒａｌｌｅｌ Ａｕｘｉｌｉａｒｙ
ｓｔｍｃｔｕｒｅ ｏｆ ｉｎｖｅｒｔｅｒ
ｐ撇ｌｌｅｌ ｓｙＳｔｅｍ
ｗｉｔｈ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｅｅｄｂａｃｋ
ｃｏｎ缸Ｄｌ粕ｄ
ｔｈｃ
ｓ饥ｌｃｎｌｒｅ ｏｆ
ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｍｏｕｔ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｃｏｎｔｍｌ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｍａｔ ｗｉｔｈ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｃｏｎｎＤｌ，ｏｕｔｐｕｔ
电感寄生电阻Ｒ：ｏ．１ Ｑ。得到仿真波形如图４所 示。其中由上到下分别是线电压瞬时值、线电压有 效值、相电流瞬时值。 由图４可知，电压、电流波形平滑，滤波效果 较好，虽然有电感寄生电阻存在，线电压有效值仍 能稳定在３８０ Ｖ。
图５两台逆变器并联系统仿真模型
Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｏｆｔｗｏ—ｉＩｌＶｅｒｔｅｒ ｐａｒａｌｌｅｌ ｓｙｓｔｅｍ
万方数据
．１８．
电力系统保护与控期
％２瓦茗面‰一％’
噼＋堕）Ｇ１
％：—唑（奠位嗡％）㈨， ％５ｉｉ蕞‘％１２嗡％’“。
‘＝訾
联：丝墼
图３单台逆变器仿真模型
Ｆｉｇ．３ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｉｎＶｅｒｔｅｒ
《＝彘ｃ鑫一
噼＋墨）ｑ
Ａ
，，
（、
Ｚ‘ｐ
√ｖ
、，） ２
姗。鲫帅
随着逆变技术的发展，多台逆变器并联运行的
抗，ｚＬ为负载等效阻抗，玑为负载端电压，Ｌ为
负载电流【引。
Ｊｌ
需求越来越大。多台逆变器并联运行可大大提高系 统的灵活性，使系统的体积大为降低，同时其主开 关器件的电流应力也可减少，从根本上提高系统的 可靠性和功率密度。为了使并联逆变器可靠地工作， 需要解决均流问题【１，２Ｊ。本文采用电压有效值反馈和 环流反馈实现各逆变模块输出电压稳定，输出电流 均衡，较好地解决了逆变器并联运行的环流问题， 具有参考价值。
第３７卷第１７期
１ＱＱ２生竺旦！旦
电力系统保护与控制 里竺！！！墨ｚ！！曼翌！！竺！！！垒旦里璺里垒竺２坐１２ １
Ｖ０１．３７ Ｎｏ．１７
．．
垒！￡：！：；！！竺
逆变器并联运行的环流反馈控制
王文军，汤钰鹏，张晔
（北京交通大学电气工程学院，北京１０００４４）
摘要：逆变器并联运行时由于各模块输出电压的频率、相位等参教不一致，会在模块间产生环流。先分析了逆变器并联运行 时环流产生的原理。然后对加入和未加入环流反馈控制的并联逆变器系统结构做出比较，结果表明加入环流反馈控制后，其 输出电压不变，环流大大减少，两台逆变器的输出电流趋于一致。最后用Ｍａｔ ｌａｂ软件对此并联系统进行了仿真研究，验证 了控制方式的可行性。 关键词：逆变器：并联运行；环流；仿真
ＺＨｏＵ Ｔｂｎｇ－ｘｕｎ，ＺＨｏＵ Ｓｏｎｇ．１ｉｎ． Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ
Ｆｉｇ．６ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｐａｒａｌｌｅｌ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ
１０００一
ｆｅｅｄｂａｃｋ
Ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆ Ｃｉｒｃｌｅ
Ｃｕｒｒｅｍ ｉｎ Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ［Ｊ】．Ｊ ｏｆ
根据单台逆变器模型，建立两逆变器并联系统 模型如图５所示。其中两台逆变器滤波参数相同， 但滤波电感的寄生电阻分别为Ｏ．１ Ｑ， Ｏ．２Ｑ。线 路电阻分别为０．００１ Ｑ，０．００５ Ｑ。只有电压反馈， 不加环流反馈的波形如图６所示。加入了环流反馈
ຫໍສະໝຸດ Baidu
万方数据
王文军，等
逆变器并联运行的环流反馈控制
一１９－
的波形如图７所示。两图中，从上至下分别为逆变 器１电压波形，逆变器２电压波形，逆变器ｌ电流 波形，逆变器２电流波形。由图６、图７可知，在 只有电压反馈的并联系统中，逆变器输出电压较稳 定，但不能抑制参数差异导致的输出不均流，而加 入了环流反馈后，逆变器输出电压满足要求，且均 流效果也较好。
１０００
ＳＩＭＵＬＩＮＩ（仿真软件对控制策略进行建模与仿真研 究，仿真结果证明了控制策略具有较好的均流效果， 因此该方案是可行的。 参考文献
１
——＋●｝一
厶
图１两台逆变器并联系统等效电路
Ｆｉｇ．１ Ｅｑｕｉｖａｌｅｍ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆｔｗｏ－ｉｎＶｅｒｔｅｒ
ｐ啪ｌｌｅｌ Ｓｙｓｔｅｍ
并联系统的环流特性
不：
由图１得，负载端电压玑的表达式如式（１）所
下面以两台逆变器并联模型为例分析逆变器并 联系统。图ｌ为两台逆变器并联系统等效电路。其
ｕ。一Ｚ１厶＝畋一Ｚ２厶＝（厶＋厶）ＺＬ＝玑（１） 定义系统环流，Ｈ如式（２）所示：
２ｚ
函数，Ｇ和Ｇ４分别为并联系统的输出电压传递函
数和环流传递函数。
加入环流反馈之后，即墨ｌ＝％≠０，输出电
对图２，由式（７）、（８），得到Ｇ＝０．５，
Ｇ＝一１／２Ｚ，Ｚ为单台逆变器的线路等效阻抗。
压阢。、％、阢及环流矗之间的关系如式（１１）
所示。由式（１１），可得“、《的最终表达式如式
（１２）所示。
逆变器１和逆变器２的输出电压，Ｇ１和Ｇ’分别为
』Ｈ２【——１｝一
僻Ｐ＋］）Ｇｌ
ｆ
Ｋ。
逆变器１和逆变器２的开环传递函数，Ｋ、，．和墨，，
分别为逆变器ｌ和逆变器２的输出电压反馈函数， Ｋ¨和Ｋ．，分别为逆变器１和逆变器２的环流反馈
熹，警
ｌ＋【ＫＰ＋二）“１Ｋｖｌ
Ｊ
１ １
Ｖ ｒｃｆ
１＋饭Ｐ＋堕）Ｇ２尺ｖ２
圜
１蜗＋堕）ｑ％１
由式（１０）和（１２）比较得，加入环流反馈环 节，输出电压不变，但环流得到很好的抑制。因此， 理论上该系统可满足电压输出要求，且可以有效抑 制环流。
３仿真结果分析
３．１单台逆变器仿真分析 图３中直流电压取７５０
Ｖ，３５
ｋＷ阻性负载，
Ｆｉｇ．５
滤波电容Ｃ生１５．６“Ｆ，滤波电感￡娟．５ ｍＨ，滤波
［１］周松林．并联逆变器的均流技术［Ｊ】．铜陵学院学报，
２００５．（３）：５９－６１．
ＺＨＯＵ
Ｓｏｎｇ・ｌｉｎ．Ｃｕｒｒｅｎｔ—ｓｈ撕ｎｇ
ｏｆＴｏｎｇｌｉｎｇ
Ｔｅｃ｜ｌＩｌｉｑｕｅ
ｏｆ Ｐａｒａｌｌｅｌ
、ａ厂＼、
墨
、／
／、ｊ／一、ｊ
、√
ｊｒ
ｒ、
，／
ｊ√
厂、＼｜．
、．／
＼．，
Ｉｎｖｅｎｃｒ【Ｊ】．Ｊ ［２］
Ｆｅｅｄｂａｃｋ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆ ｃｉｒｃｌｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎ ｐａｒａｌｌｅｌ ｉｎＶｅｒｔｅｒｓ ｗＡＮＧ Ｗｅｎ－ｊｕｎ，
ＴＡＮＧ Ｙｕ—ｐｅｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｙｅ Ｊｉａｏｔｏｎｇ
（ｓｃｈｏｏｌ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：
ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａＩ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ
‘２等糍兹
１
ＺｌＺ２＋Ｚ。ＺＬ＋Ｚ２ＺＬ
∽ 一
Ｉｊ●
扛婴兰些兰丝 Ｚ
‘
图２两台逆变器并联系统控制框图
（４）
、斗，
Ｆｉｇ．２ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｂｌｏｃｋ
ｄｉａｇｒ锄ｏｆｔｗｏ・ｉｎＶｅｒｌｅｒ
ｐａｒａｌｌｅｌ ｓｙｓｔｅｍ
ＬＺ２＋ＺＩＺＬ＋Ｚ２ＺＬ
当没有环流反馈，即Ｋ。＝％＝０，可得乩，、
（５） ｐ’
ａ
ｕｎｉｖｅｒｓ时，Ｂｅｉｊｉｎｇ ｌ０００４４，ｃｈｉｎａ）
ｌｎｖｅｒｔｅｒ ｐａｒａｌｌｅｌ ｏｐｅｒａｔ．ｏｎ ｗｉｌｌ ｈａｖｅ ｏｔｈｅｒ
ｐｈａｓｅ，锄ｄ
ｐ踟ｅｔｅｒＳ
ｃｉｒｃｌｅ
ｃｕｒｒｃｍ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｌｌｅ ｍｏｄｕＩｅｓ，ｂｅｃ她ｓｅ ｔｌｌｅ ｍｏｄｕｌｅ’ｓ ｏｕｔｐｕｔ Ｖｏｌｔａｇｅ ｆ把ｑｕｅｎｃｙ，
２
虬２【——１ｌ＋
（ＫＰ＋］）Ｇ１
Ｃ
Ｋ。
ｌ＋（ＫＰ＋二）Ｇ１Ｋｖｌ
Ｓ
１
环流反馈控制方式
以两台逆变器并联系统为例，得到加入环流反
、
时等）Ｇ２，％ １蜗＋争）Ｇ２‰一
Ｖ托ｆ Ｊ
（１０） （“））
馈控制和交流输出电压反馈的逆变器并联系统控制
框图如图２所示ｐ’６】。图中的％ｆｌ和％位分别为逆
变器１和逆变器２的基准电压，玑．和乩，分别为
“一■泣瓦忑万冱互广
玑，的表达式如式（９）所示。由式（７）、（８），且
Ｕ。ｎ＝％忍＝‰ｆ，可得乩、，Ｈ的表达式如式（１０）
所示。
玑＝老磋箍
‘
Ｚ
ＬＺ２＋Ｚ石Ｌ＋Ｚ２ＺＬ
㈣ 一
假定线路阻抗Ｚ１＝Ｚ２＝ｚ《ＺＬ，则可得： 玑一（Ｕｌ＋Ｕ２）／２
，。ｚｆＵ．一Ｕ．１／２Ｚ （７）
ｆ８）
由式（８）可知，由于线路阻抗Ｚ非常小，２台 逆变器输出电压矢量在相位、幅值上的差异会在各 逆变器的输出形成较大的电流。该电流大部分不经 过负载而在逆变器之间形成环流，环流较大时极易 损坏逆变器，必须加以控制１４Ｊ。因此控制逆变器输 出电压的幅值与相位完全相同，即可使负载端电压 近似等于逆变器输出电压，并使环流近似为零。
。１∞ｏ面一碗一—１面—一百订ｏ．３８
—ｌｏｏ ｏ．４
Ｐｈａｓｅ
Ｓｙｎｃｈｍｎｉｚｉｎｇ锄ｄ
ＡｍｐＩｉｔｕｄｅ
ｏ．４２
Ｍｏｄｕｌａｔｉｎｇｐ】．Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２００４，３８（２）：１８—２０． ［３］ 刘承旭．低地板轻轨车辅助逆变器并联研究【Ｄ】．北京：北 京交通大学，２００８．１１．１２．
Ｉｎｖｅｒｔｅｒ［Ｄ】．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｂｅｉｊｉｎｇ
＼√
、√
＼√
Ｕｎｉｖｅｒｓｉ哆，２００８．１１－１２．
。１００匹ｒ——百虹——１石ｒ——百弼—一ｂ茄广——百ｒ一１砘
图６不加环流反馈的并联系统仿真波形图
ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈｏｕｔ
ｃｕＨ．ｅｎｔ
［４］
周同旭，周松林．逆变器并联运行的环流反馈控制【Ｊ】．安 徽工业大学学报，２００６，２３（２）：１８２一１８５．
ＭＡＴＬＡＢ ｓｏｆｔｗａｒｅ
ｃｉｒｃｌｅ
ｄｏｎｅ
ｉｔｓ
ｍｔｉｏｎａｌｉ时．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：
ｉｎｖｅｒｔｅｒ；
ｐａｒａｌｌｅｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ；
ｃｕｎ．ｅｍ；
ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
中图分类号：
ＴＭ７６３；
ＴＭ４６４
文献标识码：Ａ
文章编号：
１６７４．３４１５（２００９）１７－００１６．０４
Ｏ
引言
１１１Ｓｔｉｔｕｔｅ，２００５，（３）：５９—６１．
黄蕾，肖岚．基于同步调幅的逆变器并联技术研究［Ｊ］． 电力电子技术，２００４，３８（２）：１８．２０．
ＨＵＡＮＧ Ｌｅｉ，ＸＩＡＯ Ｌａｎ．ＳｔＩｌｄｙ ｏｆ ＰａｒａｌｌｅＩｉｎｇ Ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｂａｓｅｄ
ｏｎ
’ｌｏ％ｒ～碴—１蕊
１０００
冬ａ・卜、ｒ√、√＼＼。／。ｊ．Ｌ、。／＼，
Ａｎｈｕｉ ＵｎｉｖｅｒＳｉ够ｏｆ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００６，２３（２）：ｌ ８２一ｌ８５．
中ｕ１、畋分别为两逆变器等效输出电压，‘、厶 分别为两逆变器输出电流，Ｚｌ、Ｚ２为等效线路阻
万方数据
王文军，等
逆变器并联运行的环流反馈控制
．１７．
出氏Ｌ
达式分别为式（３）、（４）、（５）、（６）所示：
Ｊ，一～ Ｊ１一一 ＪＨ：型Ｌ燮里丑
ｌ八Ｌ＝ｚ
毛＝（‘一厶）／２
Ｊ，日』侍Ｊ１、Ｊｆ２、ＪｆＨ、Ｕｏ削衣
ｒｅｄｕｃｅｄ ａｎｄ
ａｒｅ
ｉｎｖａｒｉ肌ｔ，ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ ｃｕｒｒｅｍ ｉｓ伊ｅａｔｌｙ
ｏｕｔｐｕｔ ｃｕｎ．ｅｍ ｏｆ ｔｖｖｏ ｉｎＶｅｒｔｅｒｓ ｔｅｎｄｓ ｔｏ
ｔｏ ｐｒｏｖｅ
ｃｏｉｎｃｉｄｅ．ＡＣ
ｌａｓｔ，
ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｐａｍｌｌｅｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｌｌ
ａｒｅ
ｉｎｃｏｎｓｉＳｔｅｎｔ．Ａｔ ｆｉｒｓｔ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ
ａＩｌａｌｙｚｅｓ
ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｃｉｒｃｌｅ
ｃｕ玎ｅｍ ｂｅｔｗｅｅｎ ｐａｒａｌｌｅｌｉｎｖｅｒｔｅｒｓ．
Ｔｈｅｎ ｉｔ ｇｉｖｅｓ ｍｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｉｎｖｅｒ【ｅｒ ｐａｒａｌｌｅｌ Ｖｏｌｔａｇｅ ｋｅｅｐｓ
Ｏ
， √纰
．， 、。｛薹 厂二）丽 ，√ｌ莩 、ｖ！若
一
¨
叭
４
厂√而 、、．、ｖ面
一８
． ．。砭
｝３００一－。 、
ｗ”—■７了：＝乏ｚ－：＝＝＝＝＿＝＝＝＝＝
毒：竺。。
“：警ｃ鑫＋ｎ”
眸＋堕）ｑ
１峨＋堕）Ｇ％１
ｏ一√１，：／。．？’ｆ…／＿ｌ／＿ｌ。 ｊ．５０－ｊ＼ｊ ７．ｊ ｊ、Ｊ ｌｏ。ｏ‘ｊ ｊ＼』、ｊ？●