逆变电源并联技术
Parallel Strategy of Inverter
陈 宏 胡育文(南京航空航天大学航空电源科技重点实验室 210016)
Chen Hong Hu Yuwen (Nanjing University of Aeronautics and Astronautics 210016 China) 摘要 逆变器并联是提高电源系统可靠性,扩充系统容量的有效方式。本文介绍了逆变电源并联的原理、技术要求和特点。对当前采用的逆变电源并联方案进行了总结和分类。在此基础上详细分析了各种并联方案的特点和内在关系,指出了逆变电源并联技术的发展趋势。
关键词:逆变电源 并联 环流中图分类号:TM464
Abstr act The parallel operation of inverter is not only a very useful method to increase the capac 2ity of power system,but also a good way to improve reliability of it 1This paper introduces the princi 2ple of inverter .parallel operation 1Several methods are summed up and classified 1Features and problems of these strategies are discussed and inner relationship has been described 1The developing process of in 2verter .s parallel is shown clearly in this paper 1
Keywor ds:Inverter,parallel,circumfluence
陈 宏 男,1972生,博士研究生,研究方向为电力电子与电力传动。胡育文 男,1944生,教授,博士生导师,研究方向为电力电子与电力传动。
1 前言
当前,交流电源供电方式正在由集中式向分布式、全功能式发展,而后者的技术核心就是模块化电源的并联技术,这是一个研究的热点。逆变电源的并联策略有很多,有主从结构[1],用电压型逆变器作为主模块控制系统电压,电流型逆变器提供负载电流。有对等式[2,4]
,并联的各个逆变器结构功能相同,相互间有信号的传递,但不存在隶属关系。还有基于有功无功调节的无连线并联方式[5,6]。本文重点讨论了并联的技术问题和各项并联方案的特点。
2 逆变器并联原理和特点
逆变器的并联需要满足5项条件,即电压、频
率、波形、相位、相序相同,只有这样才能消除环流、均分负载功率,达到最佳的运行状态。以下对
两台单相逆变器并联进行分析,图1中将逆变器简化为电压源加LC 滤波器的形式。根据图1中的电流电压关系得到电路方程(1)
如下
图1 逆变器并联电路图F ig 11 Circuit of parallel inverters
U 1-J X L 1i L 1=U 0U 2-J X L 2i L 2=U 0
i L 1-i R 1-i C 1+i L 2-i R 2-i C 2=0U 0/R =i R 2+i R 1U 0#j X C 1=i C 1U 0#j X C 2=i C 2
(1)
设C 1=C 2=C,L 1=L 2=L ,由式(1)可得
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电工技术学报
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i L1=(U1-U2)/2j X L+1
2
U0(1/R+2j X C)
i L2=-(U1-U2)/2j X L+1
2U0(1/R+2j X C)
(2)
由式(2)可以看出,在输出滤波器相同的情况下,等式右边第二项自然相等,第一项为无功环流,它使得并联逆变器的输出电流不相同。由于环流方向相反,只有令它为0,才能保证并联逆变器输出电流相等,而此环流仅由U1、U2决定。由于等式中电压为矢量形式,所以U1与U2的电压幅值与相位的差异都会引起两台逆变器的电流差异。可以通过两种方法减小逆变器的环流,一是增大输出滤波器电感量L来抑制环流;二是调节电压矢量U1=U2。方法一增加了滤波器的体积重量,同时降低了输出的动态性能。方法二不需改动电路结构、参数,只要选取合适的控制策略,但此种方案对控制有较高要求。
由于逆变电源并联是一种特殊的工作形式,所以对逆变器本身也有特殊要求。
(1)逆变器的负载多为开关电源等非线性负载,电流谐波大,功率因数低,并联时必须考虑谐波引起的失真功率分配问题。
(2)逆变器多采用电压闭环控制,频率由晶振决定,外特性较硬,而简单的电压控制不具备发电机的频率自同步和输出电压自然下垂特性,并联时需要考虑相应的控制策略。
(3)对逆变器的直流环节有特殊要求。直流环节的响应速度不同,会引起输出电压的瞬时差异。而不同的直流电压会导致输出波形谐波成分不同,形成高次谐波环流。
(4)需要考虑逆变器电压相位滞后时吸收的有功功率的泄放问题,防止直流环节电压升高,损坏功率器件。
3逆变器并联方案
逆变器并联的关键在于负载的分配,因此有直接基于有功无功分配的并联方案[5,6]。但在实际系统中,逆变器多为电压型,而且电流量易于检测,所以并联方案大多是基于电流均分控制[1~4]。根据模块之间的隶属关系,电流均分控制又可分为主从式和对等式。
311电压源/受控电流源型
电压源/受控电流源型并联方案属于主从式并联方案。电压源作为主控模块,用来建立恒定的电压,从模块的作用是跟踪电流给定,提供相应的负载电流,见图2。VCPI为电压控制逆变器,CCPI 是电流控制PWM逆变器,PDC是功率分配中心。系统中VCPI作为主控单元,它通过锁相环PLL 使输出频率与市电或者自身频率基准同步,并通过反馈环节使得输出电压恒定。它的输出电流取决于负载性质,与常规逆变器相同。PDC单元(功率分配中心)负责提供CCPI电流参考信号。它检测负载电流I0,根据CCPI的单元数计算I comn
=I0/ N,并将电流指令I comn同步分配给各个CCPI单元。N个CCPI单元(电流控制PWM逆变器)被设计成电流跟随器性质,跟踪PDC分配的参考电流。CCPI内部设有参考电流前馈,用来加快电流响应。由于PDC提供的参考电流与I0(负载电流)同步,而且CCPI又具有很好的快速跟随性,所以CCPI单元不需要锁相环(PLL)电路进行同步,避免了PLL动态特性差的缺点。
图2电压源与电流源组合式并联方案
F ig12Scheme of master2slaver inverters
这种方案将电压与电流通过不同的单元分别加以控制,思路简单明了,易于实现,可以方便地扩充系统容量,而且系统稳定性好。此系统中模块间均流效果取决于两方面,一是PDC平均分配电流的精度,二是CCPI的电流放大倍数的一致性。所以此种并联方案对参数一致性要求较高。但是此方案只在从单元CCPI之间实现冗余,VCPI与PDC 没有冗余单元,故障时无法替代,并联系统未实现功能和结构的完全冗余。
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312 基于双环瞬时反馈控制的并联方案
为了实现系统的完全冗余,可以考虑取消PDC 单元和电压源,在每个CCPI 单元添加电压控制外环,构成双闭环控制器。文献2对此形式电路进行了分析研究。它将各并联单元的电压、电流给定以及反馈信号进行叠加平均,作为子单元的给定和反馈。由于输出电压的微小差异都可能引起很大的环流,对于这样的电路,除了要求并联单元的电压给定V r 、电流内环给定I g 及反馈V f 相等外(幅值、相位均要相同),还需要保证各子单元系统增益G (s)一致,才能使并联模块的输出电压、电流完全一致。图3
为两个模块并联控制框图。
图3 双闭环型逆变器并联控制框图Fig 13 Scheme of multi 2loop inver ter .s parallel mode
可以证明,并联系统传递函数形式与单个双闭环逆变器相同,系统工作稳定,各模块互为冗余。由于给定和反馈信号相同,各模块均流性能取决于电压环、电流环、反馈环的增益一致性,而增益的差异只引起各单元电流的幅值差,不会引起相位差。从图3可以看出,电路中有3处需要进行信号叠加和平均运算,其中电压给定V r 、反馈V f 的运算需要特殊电路实现,为此文献2中提出了模拟信号平均电路。但此电路中权电阻精度对平均信号有较大影响,对电阻参数一致性要求高。此并联方案中模块之间需要信号线传递信息,但模拟信号的传
递易受干扰,而且连线也限制了各并联单元之间的距离。另外,各并联单元的信号基准各自独立,为防止基准漂移导致过大的相差累积,还需要同步电路对各单元的时钟复位。所以此方案虽然从理论上完全解决了冗余和均流问题,但是工程实现存在一定难度。
可以看出文献1、2中的并联控制方案都是基于给定-跟随控制思想。即将各并联单元的信息综合之后,平均分配给各单元作为给定。例如方案1是将负载电流I 0平均分配给各CCPI 作为参考电流。方案2则将各单元的V r 、V f 、I g 综合后作为电压环、电流环的反馈与给定。不同之处仅在于方案1采用了PDC 集中实现给定信号的产生和分配,方案2则将此功能结合到每个模块中,形成平等关系的分散控制。采用给定-跟随型并联控制的最基本特征是每个并联单元给定信号都相同。在保证各并联单元传递函数相同的情况下,就可以保证输出相同,但是模块结构越复杂,各单元之间参数一致性就越难保证。在一定均流精度要求下,元件精度和调试难度都大大增加。此外,n 个并联单元需要C 2n 根通信线,随着并联台数增加,信号线数也大为增加。313 3C (Cir cular Chain Control)型
能否在借鉴/跟踪0思想的同时,减少对其他模块信息的依赖程度。基于这样的考虑,有学者提出了3C 型逆变器并联方案[4]。它是将第一台逆变器的输出电流反馈信号加到第二台逆变器的控制回路中,第二台的输出电流反馈信号加到第三台,依次连接,最后一台的输出电流反馈信号返回到第一台逆变器的控制回路,使并联系统在信号上形成一个环形结构,在功率输出方面形成并联关系。图4
为两个模块并联控制框图。
图4 3C 型逆变器并联控制框图F ig 14 Control scheme of 3C inverter
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逆变器并联时,由于3C 型方案主动引入其他模块的信号,从而强化了各模块之间的耦合关系。3C 型存在环形的信号通路,虽然每一模块仅接受上一模块的信号,但信号中已包含了其他模块的电流信息。根据此信息,采用适当控制器,模块可以自主实现均流。从形式看,子模块的电流给定只由自身给定信号、反馈信号、上一模块电流信号决定,与其他n -2个模块无关,大大减少了模块之间的信号连线。
3C 型方案在控制回路引入其他模块信号,加强了模块之间的影响,使得常规方案难以控制,因此有采用H ]理论设计控制器以解决稳定性问题。与上两种方案相比,3C 型并联方案仅引入一个模块的电流信号,无需模拟信号平均电路,也无需知道并联模块数。但是控制器复杂,设计难度大,多采用数字控制系统来实现,成本较高。其次,采用H ]
方法设计控制器,虽然系统稳定性得以解决,但系统性能过于保守,指标有所下降。314 基于$P (有功偏差)的电流控制
由于逆变模块的输出功率与并联时的相位有
关,人们提出另一种控制方案,基于$P 的电流控制[3]。即将$I i 作为被控量。$I i =I i -I 0/n,I i 为每台逆变器实际输出电流,n 为并联数,I 0为负载电流。见图5。图中电压控制器可使电压保持恒定幅值。电流环中的限幅电路保证输出不会过载。$I i 检测后,根据它计算出$P ,由此可计算出逆变器的输出电压与电网电压的相位差,通过锁相环和电压控制器即可得到相应频率、相位的电压给定信号,从而实现根据$I 自动调节输出电压相位,达到并联单元之间的自动同步。由于$I 是被控量,所以对并联单元参数一致性没有特殊要求。但是$I 控制方案也存在缺陷,它需要实时获得负载电流I 0以及并联单元的个数n 才能计算$I ;而且控制方案中有繁琐的数学运算,如$P 、E sin X t 、X C p E cos X t 的计算,电路较为复杂。另外,控制环路存在PLL,由于PLL 动态特性较差,决定了系统响应速度不可能很快。315 无连线并联技术
以上所述的方案,在电路结构上有共同之处)))存在相互间的信号线,
能否借鉴同步发电机的
图5 基于电流偏差控制逆变器框图Fig 15 Inver ter based on cur rent error mode
自同步特性和电压下垂特性,实现无信号线的并联,文献5、6对此作了深入的研究。由分析可知,逆变器输出的有功功率取决于输出电压的相位关系,输出的无功功率取决于输出电压的幅值。P i 、Q i 可以表述为
P i =V i V 0sin H /X Q i =(V i V 0cos H -V 20)/X
式中 V i )))第i 个逆变器输出电压
V 0)))交流汇流条电压
X )))线路阻抗
H )))V i 与V 0之间电压相位差
当V i 与V 0之间相位差较小时,有sin H i U H i ,令V i =K u V 0,P i 、Q i 表达式重新表述为
P i =K u V 2
0H i /X
Q i =(K u -1)V 20/X i =1,2,,
上式为P 与H 、Q 与U 之间对应的调节关系。在
实际应用中,逆变器输出电压的相位控制是通过改变频率实现的。令$f i =d ($H )/d t ,K p =K i V 20/X ,推导得
$f i =d $H i /d t =d ($P /K p )/d t =1/K p *d $P /d t $H i 的变化决定了逆变器输出有功的变化,调节并联模块有功功率时不必知道电压的实际相位,只需
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对输出频率作相应调整。同样,由Q i =(K i cos H i -1)V 2
0/X ,可得$Q i =K q $V i ,K q =V 0cos H i 。若要调节各单元输出的无功功率,只需根据无功功率大小对输出电压作相应调节。可以看出,控制U ,H 所需的信息均来自逆变器内部,不需要与其他单元通信,采用此种控制思想可以实现无连线控制。在具体实现中,借鉴外特性下垂的思想,通过设计逆变器控制器,使它的频率和电压外特性下垂,从而实现均流,见图6
。
图6 频率、电压下垂特性图Fig 16 Curves of f -P and u -Q
为了保证按逆变器容量分配功率,电压斜率
K 和频率斜率g 按下列公式选取,K 1S 1=K 2S 2=,,g 1S 1=g 2S 2=,,S 1,S 2,,S n 为逆变器额定容量。负载的总功率为P 1+P 2,Q 1+Q 2。由于存在电压和频率下垂特性,并联后随着负载的投入,输出电压与频率都会低于空载值。通常衰减率越大,各模块分担负载的效果越好,但是输出电压和频率的精度越差。从理论上讲,衰减系数可以任意小,实际受逆变器电压调节特性影响而具有一个下界。对于线性负载,此方法具有很好的效果,但是对于非线性负载,由于波形畸变导致存在失真功率,仅靠f -P ,u -Q 两重控制无法实现功率均分。文献[6]提出了一种解决方法。通过失真功率D 的大小调节电压增益。控制框图见图7。当D 大,电压增益小,输出阻抗高;D 小,电压增益大,输出阻抗低。在增益G 与失真功率D 之间建立下垂特性关系,使逆变器能均分失真功率。通常电压增益衰减越大,分担失真功率效果越好,但
也意味着带宽的减小与波形的恶化。
图7 无连线方式控制框图
Fig 17 P ar allel mode without interconnect
4 结论
逆变器并联技术是提高逆变电源系统可靠性,扩充系统容量的有效方法,逆变器并联技术的发展过程表现了以下的特点:
(1)模块化设计,实现完全冗余。(2)并联的单元数越来越多。
(3)无需专门的外部控制设备,并联操作更加简单灵活。
(4)控制策略更加复杂,控制器设计由经典控制理论向现代控制理论转变。
(5)采用全数字化控制技术。(6)无连线并联将成为研究热点。
随着现代控制思想的逐渐引入,各种控制策略的提出、发展和完善,配以高性能的硬件设备,逆变电源并联的问题将逐渐得以解决,从而使它能在更广泛的领域得到应用。
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收稿日期 2002-05-20
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第17卷第5期 陈 宏等 逆变电源并联技术
0 引言 随着能源消费的增长、日益恶化的生态环境和人类环保意识的提高，世界各国都在积极寻找一种可持续发展且无污染的新能源。太阳能作为一种高效无污染的绿色新能源，一种未来常规能源的替代品，尤其受到人们的重视。太阳能的直接应用主要有光热转换、光电转换和光化学转换三种形式，光电转换（即光伏技术）是最有发展前途的一种。 1 系统的工作原理及其电路设计 光伏系统的总体框图如图1所示。 图1 系统的总体框图 由图1可知，整个系统包含充电和逆变两个主要环节。太阳电池是本系统赖以工作的基础，它的效率直接决定系统的效率。 1.1 充电控制部分 1.1.1 太阳电池的工作特性 太阳电池作为光伏系统的基础，其工作特性，包括工作电压和电流与日照、太阳电池温度等有着密切的关系，图2、图3分别给出了太阳电池温度在25℃时，工作电压、电流和日照的关系曲线及太阳电池的输出功率和日照（S）、U之间的曲线。 从图2可以看出，曲线上任一点处的功率为P=UI，其值除和U、I有关外，还与日照（S）、太阳电池温度等有关。由图3进一步可知，由于太阳电池的工作效率等于输出功率与投射到太阳电池面积上的功率之比，为了提高本系统的工作效率，必须尽可能地使太阳电池工作在最大功率点处，这样就可以以功率尽可能小的太阳电池获得最多的功率输出。在图2和图3中，A、B、C、D、E点分别对应不同日照时的最大功率点。
图2 工作电压、电流和日照关系曲线 图3 输出功率和日照关系曲线 1.1.2 太阳电池的最大功率点跟踪（MPPT） 由图1可知，系统首先采用太阳电池阵列对蓄电池进行充电，以化学能的形式将太阳能储存在蓄电池中。在这个过程中，通常采用自寻最优控制方式使太阳电池在最大功率点处工作。整个控制过程可以分解成两个阶段进行： 1）确定出太阳电池工作在最大功率点时的输出电压值Uref； 2）改变太阳电池对蓄电池的充电电流使太阳电池的输出电压稳定在Uref。 这两个阶段是由控制电路通过检测太阳电池的输出电压和电流，采用逐次比较法来实现的。 1.2 逆变器设计 1.2.1 逆变电路设计 正弦波逆变环节采用单相全桥电路，用IGBT作逆变电路的功率器件。IGBT 是电压控制型器件，它集功率MOSFET和双极型晶体管的优点于一体，具有驱动电路简单、电压和电流容量大、工作频率高、开关损耗低、安全工作区大、工作可
（N+X）热插拔模块并联 逆变电源系统 技 术 手 册
非常感谢您选用我司产品，请在安装及使用前务必认真阅读本手册。 重要的安全预防信息 在您安装前或操作本逆变电源系统时，务必牢记下列安全措施，避免发生火灾、电击或其它人身伤害的可能性。 1、阅读并理解本技术手册的全部内容。 2、遵从产品及附带的印刷品中标注的警告事项及说明。 3、本产品仅能用于一般商业/工业用途，不能用来给生命支持设备或其它 标明为“危急”的设备提供电源。设备铭牌上标识了最大负载，实际 运行中不能超过该最大负载量。 4、本逆变器静态旁路输入端应采用有良好接地的220V 50Hz的交流电，本 设备的安装须由专业人员安装。安装人员必须根据技术标准和当地电 气规范，对用户方的电缆、断路器、负载进行评估，核实输入、输出 和接地连接正确。 5、当操作说明与安全信息发生冲突时，请遵从安全信息，请注意您是否 误解了操作说明的内容！ 如果您不能断定问题所在，请向销售商或制造商寻求帮助。 6、产品重量和体积较大，搬动过程避免摔跌、碰撞。 7、注意不要将产品靠近或放在发热体、取暖器、空调器或排气管道上。 8、本系统必须安装在牢固的水平面上，所有连接要牢固，并能防止老鼠 等动物的破坏。 9、请将本设备置于温度为0～40℃的室内环境下工作，安装地请远离水 蒸气和其它液体物质，远离易燃、易爆物质。 10、请不要让本系统超载工作，避免火灾及电击事故发生。 11、设备从寒冷搬到室温环境中时，请仔细检查机器表面有无露水凝结， 不要马上开机使用，保证启动前消除所有水分。
12、清洁本设备前，应关闭本设备并断电。清洁工具只能使用柔软的干布， 不要采用液体或气雾洁具。 13、注意保持本设备的前后通风口通风良好，不能有任何物体阻塞通风口 和其它开口。 14、为避免发生电击事故，不要随意拆卸本产品。需要维修时，请寻求有 资格的专业技术人员帮助。 15、请保存好本手册。
DSP逆变电源并联系统锁相环设计 摘要：提出了一种基于DSP的消除SPWM全桥逆变器直流偏磁问题的控制方案，采用TI公司的DSP芯片TMS320F240来实现。在一台400Hz6kW样机上进行了实验，实验结果表明该方案能较好地解决全桥逆变器中的直流偏磁问题。 本文引用地址：https://www.doczj.com/doc/d712876756.html,/article/264220.htm关键词：全桥逆变器;直流偏磁;正弦波脉宽调制 1引言 近年来，SPWM逆变器已经在许多交流电能调节系统中得到广泛应用，相对于半桥而言，全桥逆变器的开关电流减小了一半，因而更适合于大功率场合。在SPWM全桥逆变器中，为实现输入输出之间的电气隔离和得到合适的输出电压幅值，一般在输出端接有基频交流变压器。而在输出变压器中，由于各种原因引起的直流偏磁问题致使铁心饱和，从而加大了变压器的损耗，降低了效率，甚至会引起逆变器颠覆，严重影响了SPWM全桥逆变器的正常运行，必须采取措施加以解决。 随着高频开关器件的发展，模拟瞬时值反馈控制使SPWM逆变器获得了优良的动态响应特性和较小的谐波畸变率。但模拟控制存在着分散性大、温度漂移及器件老化等不利因素，因而给设备调试及维护造成许多困难。数字控制克服了模拟控制的上述缺点，并具有硬件简单、调试方便、可靠性高的优势，因而引起了高度的重视。本文在对SPWM全桥逆变器中输出变压器直流偏磁机理分析的基础上，提出了一种数字PI控制方案，通过采样输出变压器原方电流来调整触发脉冲宽度。该方案利用DSP芯片TMS320F240在一台全数字化6kW、400Hz中频逆变电源上得以实现，实验结果表明所提出的方案较好地抑制了输出变压器的直流偏磁。 2直流偏磁 DSP控制的SPWM全桥逆变器如图1所示。直流偏磁是指由于输出变压器原边电压正负波形不对称，引起变压器铁心工作磁滞回线中心点偏离零点，从而造成磁工作状态不对称的现象。变压器工作时，磁感应强度B的变化率为
浅谈光伏发电系统用逆变器的基本知识 逆变器的概念 通常，把将交流电能变换成直流电能的过程称为整流，把完成整流功能的电路称为整流电路，把实现整流过程的装置称为整流设备或整流器。与之相对应，把将直流电能变换成交流电能的过程称为逆变，把完成逆变功能的电路称为逆变电路，把实现逆变过程的装置称为逆变设备或逆变器。 现代逆变技术是研究逆变电路理论和应用的一门科学技术。它是建立在工业电子技术、半导体器件技术、现代控制技术、现代电力电子技术、半导体变流技术、脉宽调制（ＰＷＭ）技术等学科基础之上的一门实用技术。它主要包括半导体功率集成器件及其应用、逆变电路和逆变控制技术３大部分。 逆变器的分类 逆变器的种类很多，可按照不同的方法进行分类。 １．按逆变器输出交流电能的频率分，可分为工频逆变器、中频逆器和高频逆变器。工频逆变器的频率为５０～６０Ｈｚ的逆变器；中频逆变器的频率一般为４００Ｈｚ到十几ｋＨｚ；高频逆变器的频率一般为十几ｋＨｚ到ＭＨｚ。 ２．按逆变器输出的相数分，可分为单相逆变器、三相逆变器和多相逆变器。３．按照逆变器输出电能的去向分，可分为有源逆变器和无源逆变器。凡将逆变器输出的电能向工业电网输送的逆变器，称为有源逆变器；凡将逆变器输出的电能输向某种用电负载的逆变器称为无源逆变器。 ４．按逆变器主电路的形式分，可分为单端式逆变器，推挽式逆变器、半桥式逆变器和全桥式逆变器。 ５．按逆变器主开关器件的类型分，可分为晶闸管逆变器、晶体管逆变器、场效应逆变器和绝缘栅双极晶体管（ＩＧＢＴ）逆变器等。又可将其归纳为“半控型”逆
变器和“全控制”逆变器两大类。前者，不具备自关断能力，元器件在导通后即失去控制作用，故称之为“半控型”普通晶闸管即属于这一类；后者，则具有自关断能力，即无器件的导通和关断均可由控制极加以控制，故称之为“全控型”，电力场效应晶体管和绝缘栅双权晶体管（ＩＧＢＴ）等均属于这一类。 ６．按直流电源分，可分为电压源型逆变器（ＶＳＩ）和电流源型逆变器（ＣＳＩ）。前者，直流电压近于恒定，输出电压为交变方波；后者，直流电流近于恒定，输也电流为交变方波。 ７．按逆变器输出电压或电流的波形分，可分为正弦波输出逆变器和非正弦波输出逆变器。 ８．按逆变器控制方式分，可分为调频式（ＰＦＭ）逆变器和调脉宽式（ＰＷＭ）逆变器。 ９．按逆变器开关电路工作方式分，可分为谐振式逆变器，定频硬开关式逆变器和定频软开关式逆变器。 １０．按逆变器换流方式分，可分为负载换流式逆变器和自换流式逆变器。 逆变器的基本结构 逆变器的直接功能是将直流电能变换成为交流电能 逆变装置的核心，是逆变开关电路，简称为逆变电路。 该电路通过电力电子开关的导通与关断，来完成逆变的功能。电力电子开关器件的通断，需要一定的驱动脉冲，这些脉冲可能通过改变一个电压信号来调节。产生和调节脉冲的电路。通常称为控制电路或控制回路。逆变装置的基本结构，除上述的逆变电路和控制电路外，还有保护电路、输出电路、输入电路、输出电路等，如图２所示。 逆变器的工作原理。
逆变电源广泛运用于各类：电力、通讯、工业设备、卫星通信设备、军用车载、医疗救护车、警车、船舶、太阳能及风能发电领域。 在电路中将直流电转换为交流电的过程称之为逆变，这种转换通常通过逆变电源来实现。这就涉及到在逆变过程中的控制算法问题。 只有掌握了逆变电源的控制算法，才能真正意义上的掌握逆变电源的原理和运行方式，从而方便设计。在本篇文章当中，将对逆变电源的控制算法进行总结，帮助大家进一步掌握逆变电源的相关知识。 逆变电源的算法主要有以下几种。 数字PID控制 PID控制是一种具有几十年应用经验的控制算法，控制算法简单，参数易于整定，设计过程中不过分依赖系统参数，鲁棒性好，可靠性高，是目前应用最广泛、最成熟的一种控制技术。它在模拟控制正弦波逆变电源系统中已经得到了广泛的应用。将其数字化以后，它克服了模拟PID控制器的许多不足和缺点，可以方便调整PID参数，具有很大的灵活性和适应性。与其它控制方法相比，数字PID具有以下优点： PID算法蕴涵了动态控制过程中过去、现在和将来的主要信息，控制过程快速、准确、平稳，具有良好的控制效果。 PID控制在设计过程中不过分依赖系统参数，系统参数的变化对控制效果影响很小，控制的适应性好，具有较强的鲁棒性。 PID算法简单明了，便于单片机或DSP实现。 采用数字PID控制算法的局限性有两个方面。一方面是系统的采样量化误差降低了算法的控制精度；另一方面，采样和计算延时使得被控系统成为一个具有纯时间滞后的系统，造成PID控制器稳定域减少，增加了设计难度。 状态反馈控制 状态反馈控制可以任意配置闭环控制系统的极点，实现了逆变电源控制系统极点的优化配置，有利于改善系统输出的动态品质，具有良好的瞬态响应和较低的谐波畸变率。但在建立逆变器的状态模型时将负载的动态特性考虑在内，因此状态反馈控制只能针对空载和已知的负载进行建模。由于状态反馈控制对系统模型参数的依赖性很强，使得系统的参数在发生变化时易导致稳态误差的出现和以及动态特性的改变。例如对于非线性的整流负载，其控制效果就不是很理想。 重复控制
提高多台逆变器并网系统稳定性的原理分析 摘要：多台逆变器并联时，由于分布式系统电网阻抗变化及多台逆变器并联相 互耦合的影响，在实际过程中易出现系统不稳定问题。本文从并网逆变器拓扑结 构出发，通过分析得到当逆变器参数一致时，多台逆变器可等效为一台电网阻抗 增大N倍的逆变器，并建立了多逆变器并网系统的简化数学模型。同时，从原理 上提出了一种在PCC点接入RC等效电路提高多台逆变器并网系统稳定性的策略。 关键词：并网逆变器；多机并联；系统谐振，稳定性 引言 当今世界，以风能、太阳能为代表的可再生能源，正受到人们日益广泛的重视。基于可再生能源的分布式并网发电是可再生能源利用的主要方式之一。在分 布式并网发电系统中，逆变器作为分布式源与电网的接口装置，起着将来自分布 式源的电能转化为交流形式向电网输送的重要作用。 在光伏电厂或风电场中，常用单台或多台逆变器两种并网方式。由于实际向 电网传输的能量很大，相对于单台逆变器并网，利用多台逆变器进行能量输送的 优势在于：第一、可以用来灵活地扩大逆变器组的容量；第二、可以组成并联冗 余系统以提高运行可靠性；第三、具有极高的系统可维护性，在单逆变器出现故 障时，可以很方便的进行热插拔更换或维修。所以，多台逆变器并联并网在实际 光伏或风电并网中被广泛采用。 然而，由于分布式系统电网阻抗变化及多台逆变器并联相互耦合的影响，在 多机并网实际过程中易出现系统不稳定问题。目前逆变器并联技术在国外的发展 已有相当一段时间，世界上许多国家和大型逆变器制造公司在并网逆变器的并联 控制技术方面进行了大量的研究，但仍存在许多不足之处。因此，提高并网逆变 器并联系统的稳定性研究具有很大的实际意义。 一．单相LCL型并网逆变器建模 LCL型并网逆变器是常用的并网逆变器。为研究LCL型并网逆变器多机并联系统特性，首先需要确定单台并网逆变器的基本结构。图1为常用的单相LCL型并 网逆变器基本结构及控制图。Vin为输入直流母线电压；Zg为电网阻抗；Gi1为并网电流调节器；Hi2为并网电流反馈系数； Hi1为电容电流反馈系数，电容电流 反馈实现对LCL型滤波器谐振峰的有源阻尼；检测PCC处电压vg'过零进行锁相。这里，采用PI调节器对并网电流进行调节。 图1 单相LCL型并网逆变器结构及控制图 由于并网逆变器以输出电流作为控制对象，因而可利用诺顿等效原理将图1 进行诺顿等效。等效后的电路如图2所示，原并网逆变器转变为电流源并联阻抗 的形式。其中iout为逆变器的等效电流源，Zout为逆变器的等效阻抗。 图2 单台逆变器诺顿等效电路 二．多台逆变器并联并网建模 多台LCL型并网逆变器并联的拓扑结构如图3(a)所示，ig为总并网电流。对 于这种情况，直接对系统进行建模分析十分困难，所以首先需要对系统模型进行 进一步抽象和简化。从上一节可知，由于每台LCL型并网逆变器采用输出并网电 流闭环控制，所以可以采用诺顿等效模型对系统中每台逆变器进行等效变换，即
浙江大学 硕士学位论文 逆变器模块并联技术的研究 姓名：马小林 申请学位级别：硕士 专业：电力电子与电力传动指导教师：马皓 20040301
浙江大学颂｝。学位论文摘要 摘要 当前，交流电源供电方式止在由集ｔ｛?式向分布式、全功能式发展，而后者的核心就是模块的并联技术。由丁‘逆变器并联较能体现交流电源并联的特点，因而本文集中研究逆变器模块的并联技术。 逆变器的剪联策略有很多，但主要分成两类：有连线并联和无连线并联。本文首先集中分析ｒ各种并联技术的特点，指出这两种并联方式的发展趋势，并最终采片ｊ无连线并联方案进行研究。 逆变器性能的优劣将直接影响逆变器的并联性能。囚而本文用了一章的篇幅米介绍逆变器的设计，主要包括逆变器的数学建模、输出滤波器的设计和控制器参数的设计，最后ＪＨＭＡＴＬＡＢ进行仿真，结果表明参数设计基本合理。 无连线并联的性能关键在于调功的实现，这包括两个部分：功率的获取和功率的调节。为准确计算出功率，先对功率基本理论进行详细分析，得出相关计算公式。而在功率的调节中，ＰＱ的调节系数将直接影响调节的精度和动态响应，论文中专ｆＪ论述了调节系数的取值闸题。 根据目标要求，提出设计方案，并用仿真论证了方案的可行性。由于方案的算法是采用ＤＳＰ实现，文中先探讨了有关ＤＳＰ实现时应注意的问题，而后给出了具体算法的程序化流程剀。 用两台逆变器组成逆变器并联系统，来验证方案的可行性。结果表明，该方案能较好地适用于线性负载；而对非线性负载，两逆变器间存在着一定的负载，Ｆ均衡性。为解决前线性负载的不均衡性，提出了基于电流分解的无连线并联方案并进行了仿真，结果表明，它能较好地解决非线性负载的均流问题，但尚须实验进一步进行验证。 关键词：逆变器；无连线并联；有连线并联；ＰＱ调节；环流；电流分解
https://www.doczj.com/doc/d712876756.html,/ 逆变电源广泛运用于各类：电力、通讯、工业设备、卫星通信设备、军用车载、医疗救护车、警车、船舶、太阳能及风能发电领域。 在电路中将直流电转换为交流电的过程称之为逆变，这种转换通常通过逆变电源来实现。这就涉及到在逆变过程中的控制算法问题。 只有掌握了逆变电源的控制算法，才能真正意义上的掌握逆变电源的原理和运行方式，从而方便设计。在本篇文章当中，将对逆变电源的控制算法进行总结，帮助大家进一步掌握逆变电源的相关知识。 逆变电源的算法主要有以下几种。 数字PID控制 PID控制是一种具有几十年应用经验的控制算法，控制算法简单，参数易于整定，设计过程中不过分依赖系统参数，可靠性高，是目前应用最广泛、最成熟的一种控制技术。它在模拟控制正弦波逆变电源系统中已经得到了广泛的应用。将其数字化以后，它克服了模拟PID控制器的许多不足和缺点，可以方便调整PID参数，具有很大的灵活性和适应性。与其它控制方法相比，数字PID具有以下优点：
https://www.doczj.com/doc/d712876756.html,/ PID算法蕴涵了动态控制过程中过去、现在和将来的主要信息，控制过程快速、准确、平稳，具有良好的控制效果。 PID控制在设计过程中不过分依赖系统参数，系统参数的变化对控制效果影响很小，控制的适应性好，具有较强的鲁棒性。 PID算法简单明了，便于单片机或DSP实现。 采用数字PID控制算法的局限性有两个方面。一方面是系统的采样量化误差降低了算法的控制精度；另一方面，采样和计算延时使得被控系统成为一个具有纯时间滞后的系统，造成PID控制器稳定域减少，增加了设计难度。 状态反馈控制 状态反馈控制可以任意配置闭环控制系统的极点，实现了逆变电源控制系统极点的优化配置，有利于改善系统输出的动态品质，具有良好的瞬态响应和较低的谐波畸变率。但在建立逆变器的状态模型时将负载的动态特性考虑在内，因此状态反馈控制只能针对空载和已知的负载进行建模。由于状态反馈控制对系统模型参数的依赖性很强，使得系统的参数在发生变化时易导致稳态误差的出现和以及动态特性的改变。例如对于非线性的整流负载，其控制效果就不是很理想。
并联逆变inverter系统各功能模块介绍 1、并联逆变模块 SWI系列升级版并联逆变电源及其系列产品是按照国家有关逆变电源的标准，针对我国具体情况设计、制造的电源设备。设备内部电路拓朴结构采用全高频数字化、智能软件控制，结合相应的硬件电路，反馈响应速度及过流、短路保护速度快速准确，有效地保护末级功率器件，使整机可靠性大为提高。 设备采用了无主从、自主均流并联方式的数字相位同步锁定技术，可以在不断开负载的情况下通过热插拔增加或减少并机模块，实现（N+X）并联冗余，当某一模块发生故障时，可自动退出并机系统，并发出故障告警信息。 本设备标准使用为多模块并联使用，也可单机使用。 3K V A(2U)逆变模块原理介绍 A ）3KVA(2U)逆变模块原理框图: 图-1 3KVA(2U)逆变模块原理图 B ）工作原理 直流电源提供的电压经保险丝、继电器、滤波器加到高频升压部分，将48V直流提升至400V直流，以满足逆变功率器件的工作要求。高频逆变部分将400V直流变换为220V、50HZ的交流电，经滤波后 通过继电器到输出端。控制器控制输入及输出继电器的通断，(当设备内部或外围出现故障时，继电器 断开，正常时闭合。)同时调节控制高频升压及高频逆变的工作状态及输出。滤波器将设备内部的高频 成份滤出，使之与输入、输出端隔离，不影响与其联接的其它外部设备。 C )、3KVA(2U)模块外型示意图 a）逆变器模块正面示意图，如图2
1、逆变器工作指示灯（绿） 2、逆变器负载指示灯 3、逆变器故障指示灯（红） 4、OFF按钮 5、ON按钮 图-2 3KVA（19″2U）逆变模块正面示意 b）逆变模块背面示意图 1、 功率接插件 2、保险 3、CAN总线接口（DB15） 4、模块输出火线 5、地线 6、模块输出零线 7、DC（-）输入 8、DC（+）输入 图-3 3KVA逆变模块后侧及接口示意图 2、并联系统静态旁路模块（选配件） 静态旁路模块单元原理图，见图4： 图-4 静态旁路模块原理图 静态旁路单元用来选择市电 / 逆变电源系统的输出转换。 有两种工作模式可以选择：一种是逆变电源系统为在线运行，市电作备用；另一种是交流市电作为运行电源，逆变电源系统作备用。无论哪一种工作模式，逆变电源系统都随时跟踪 / 锁定在市电的相位频率上，一旦运行中的电源发生故障，立即切换到备用电源上。 由于采用了由微控制器控制的快速跟踪 / 切换的静态旁路开关，所以本系统在旁路转换期间不会让计算机系统复位。 本逆变系统输出的零线是与市电零线一起连接到负载零线上的。火线则分别通过电子开关（双向可控硅）JK1、JK2切换到负载的火线上。当系统上电时，控制单元分别侦测市电及逆变系统输出的相位，并通过
串联逆变器和并联逆变器的差别，源于它们所用的振荡电路不同，前者是用L、R和C串联，后者是L、R和C并联。 1、串联逆变器的负载电路呈现低阻抗，要求电压源供电，直流电源末端，必须并接大的滤波电容器。当逆变失败时，浪涌电流大，保护困难。 并联逆变器的负载电路呈现高阻抗，要求由电流源供电，需在直流电源末端串接大电抗器。但在逆变失败时，由于大电感的限流作用，冲击不大，较易保护。 2、串联逆变器输出电压为矩形波，输出电流近似正弦波，换流是在晶闸管上电流过零以后进行，因而电流总是超前电压 并联逆变器输出电压近似正弦波，输出电流为矩形波，换流是在谐振电容器上电压过零以前进行，负载电流也总是超前于电压。 两者都是工作在容性负载状态。 3、串联逆变器是恒压源供电，为避免逆变器的上、下桥臂晶闸管同时导通，造成电源短路，换流时，必须保证先关断，后开通。 并联逆变器是恒流源供电，为避免滤波电抗产生大的感生电势，电流必须连续。必须保证逆变器上、下桥臂晶闸管在换流时，是先开通后关断。 4、串联逆变器的工作频率必须低于负载电路的固有振荡频率。并联逆变器的工作频率必须略高于负载电路的固有振荡频率。 5、串联逆变器的功率调节方式有二：改变直流电源电压或改变晶闸管的触发频率。 并联逆变器的功率调节方式，一般只能是改变直流电源电压。改变逆变引前角也能使功率增大，但所允许调节范围小。 (6)串联逆变器在换流时，晶闸管是自然关断的，关断时间短，损耗小。 并联逆变器在换流时，晶闸管是强迫关断的，关断时间较长。损耗较大。 相比之下，串联逆变器适合在高频感应加热装置中使用。 (7)串联逆变器的晶闸管所需承受的电压较低，用380V电网供电时，采用1200V的晶闸管就行，但负载电路的全部电流，包括有功和无功分量，都需流过晶闸管。逆变晶闸管丢失脉冲，只会使振荡停止，不会造成逆变颠覆。 并联逆变器的晶闸管所需承受的电压高，其值随功率因数角甲增大，而迅速增加。但负载本身构成振荡电流回路，只有有功电流流过逆变晶闸管，而且逆变晶闸管偶而丢失触发脉冲时，仍可维持振荡，工作较稳定。 (8)串联逆变器可以自激工作，也可以他激工作。他激工作时，只需改变逆变触发脉冲频率，即可调节输出功率；而并联逆变器一般只能工作在自激状态。 (9)在串联逆变器中，晶闸管的触发脉冲不对称，不会引入直流成分电流而影响正常运行；而在并联逆变器中，逆变晶闸管的触发脉冲不对称，则会引入直流成分电流而引起故障。 (10)串联逆变器起动容易，适用于频繁起动工作的场合；而并联逆变器需附加起动电路，起动较为困难。 (11)串联逆变器中的晶闸管由于承受矩形波电压，故晶闸管承受电压上升率较大较大，吸收电路起着关键作用，而对其电流上升率要求则较低。 在并联逆变器中，流过逆变晶闸管的电流是矩形波，因而要求大的电流上升率，而对电压上升率du／dt的要求则低一些。 (12)串联逆变器的感应加热线圈与逆变电源(包括槽路电容器)的距离远时，对输出功率的影响较小。如果采用同轴电缆或将来回线尽量靠近(扭绞在一起更好)敷设，则几乎没有影响。 而对并联逆变器来说，感应加热线圈应尽量靠近电源(特别是槽路电容器)，否则功率输出和效率都会大幅度降低。
0引言 随着能源消费的增长、日益恶化的生态环境和人类环保意识的提高，世界各国都在积极寻找一种可持续发展且无污染的新能源。太阳能作为一种高效无污染的绿色新能源，一种未来常规能源的替代品，尤其受到人们的重视。太阳能的直接应用主要有光热转换、光电转换和光化学转换三种形式，光电转换（即光伏技术）是最有发展前途的一种。 1 系统的工作原理及其电路设计 光伏系统的总体框图如图1所示。 图1 系统的总体框图 由图1可知，整个系统包含充电和逆变两个主要环节。太阳电池是本系统赖以工作的基础，它的效率直接决定系统的效率。 1.1充电控制部分 1.1.1太阳电池的工作特性 太阳电池作为光伏系统的基础，其工作特性，包括工作电压和电流与日照、太阳电池温度等有着密切的关系，图2、图3分别给出了太阳电池温度在25 C 时，工作电压、电流和日照的关系曲线及太阳电池的输出功率和日照（S）、U之 间的曲线。 从图2可以看出，曲线上任一点处的功率为P=UI，其值除和U、I有关外，还与日照（S）、太阳电池温度等有关。由图3进一步可知，由于太阳电池的工作效率等于输出功率与投射到太阳电池面积上的功率之比，为了提高本系统的工作效率，必须尽可能地使太阳电池工作在最大功率点处，这样就可以以功率尽可能小的太阳电池获得最多的功率输出。在图2和图3中，A、B、C、D、E点分别对应不同日照时的最大功率点。
图2 工作电压、电流和日照关系曲线 图3 输出功率和日照关系曲线 1.1.2太阳电池的最大功率点跟踪（MPPT） 由图1可知，系统首先采用太阳电池阵列对蓄电池进行充电，以化学能的形式将太阳能储存在蓄电池中。在这个过程中，通常采用自寻最优控制方式使太阳电池在最大功率点处工作。整个控制过程可以分解成两个阶段进行： 1）确定出太阳电池工作在最大功率点时的输出电压值Uref ； 2）改变太阳电池对蓄电池的充电电流使太阳电池的输出电压稳定在Uref。 这两个阶段是由控制电路通过检测太阳电池的输出电压和电流，采用逐次比较法来实现的。 1.2逆变器设计 1.2.1 逆变电路设计 正弦波逆变环节采用单相全桥电路，用IGBT作逆变电路的功率器件。IGBT 是电压控制型器件，它集功率MOSFET和双极型晶体管的优点于一体，具有驱动电路简单、电压和电流容量大、工作频率高、开关损耗低、安全工作区大、工作可 靠性高等优点。逆变器将蓄电池输出的直流电压转换成频率为50Hz 的SPWM 波， 再经过滤波电感和工频变压器将其转换为220V 的标准正弦波电压，采用这种方式系统结构简单，并且能有效地抑制波形中的高次谐波成分。
逆变器的并联运行技术 类别：电源技术阅读：1220 作者：南京航空航天大学邢岩戚惠严仰光赵修科（南京210016） 来源：《电源技术应用》 摘要：介绍多个电源模块并联使用时，会产生的问题及其解决方法。关键词：电源模块并联运行均流 信息技术的迅速发展，对其供电系统的容量、性能和可靠性要求越来越高，也推动着电力电子技术的研究不断深入，研究领域不断拓宽。多模块并联实现大容量电源被公认为当今电源变换技术发展的重要方向之一。多个电源模块并联，分担负载功率，各个模块中主开关器件的电流应力大大减小，从根本上提高可靠性、降低成本。同时，各模块的功率容量减小而使功率密度大幅度提高。另外，多个模块并联，可以灵活构成各种功率容量，以模块化取代系列化，从而缩短研制、生产周期和降低成本，提高各类开关电源的标准化程度、可维护性和互换性等。 80年代国外开始研究DC/DC变换器并联运行技术，现已取得实用性的成果，而新的均流技术、系统稳定性等方面的研究仍在不断深入。同主电路和控制电路的研究发展过程一样，逆变器并联运行技术的研究也是在借鉴DC/DC并联技术的基础上不断深入。但由于是正弦输出，其并联运行远比直流电源困难，首先要解决三个问题： （1）两台或多台投入运行时，相互间及与系统的频率、相位、幅度必须达到一致或小于容许误差时才能投入，否则可能给电网造成强烈冲击或输出失真。而且并联工作过程中，各逆变器也必须保持输出一致，否则，频率微弱差异的积累将造成并联系统输出幅度的周期性变化和波形畸变；相位不同使输出幅度不稳。 （2）功率的分配包括有功和无功功率的平均分配，即均流包括有功和无功均流。直流电源的均流技术不能直接采用。 （3）故障保护。除单机内部故障保护外，当均流或同步异常时，也要将相应逆变器模块切除。必要时还要实现不中断转换。 目前，实现逆变器并联运行的几类典型方法有： 1 自整步法[1][2][3] 并联系统中各模块是等价的，没有专门的控制模块。通过模块间的均流线实现同步和均流，源于航空恒速恒频（CSCF）电源的自整步并联技术[2]。其基本原理是（见图1）： 以两路并联为例。当两通道的输出电压略有偏差时，将会有偏差电压存在。幅度偏差引起的与、基本上同相，见图1（c），相位偏差引起的与、基本上垂直（超前90°），见图1（b），尽量减小、
DC600V供电系统知识 DC600V供电系统是25T客车有别与25K的最大特点。 在电气化区段，电力机车的列车辅助供电装置将受电弓接受的25KV单相高压交流电降压、整流、滤波，形成两套独立DC600V直流电源，两套装置分两路通过KC20D 连接器向空调客车供电，供电容量2x400kW； 在非电气化区段，内燃机车发电机组发电、整流、滤波，形成两套独立DC600V直流电源，两套装置分两路通过KC20D连接器向空调客车供电，供电容量2x400kW；空调客车通过综合控制柜自动(按车厢号分奇偶选择)将其中一路DC600V送入逆变电源装置（简称逆变器箱，型号：25T-2X35KVA+15KVA，包括两个35KVA逆变器和一个15KVA三相四线制隔离变压器）及DC110V电源装置（简称充电器箱，型号：25T-8KW+3.5KVA，包括一个8KW充电器和一个3.5KVA单相不间断逆变器）。2X35KVA 逆变器将DC600V逆变成两路三相50Hz、AC380V交流电，向空调装置、电开水炉等三相交流用电负载供电；8KW充电器将DC600V变换成DC110V直流电，给蓄电池组充电的同时向照明、供电控制等直流负载供电；客室电热和温水箱采用DC600V 直接加热。 采用2X35KVA逆变器供电，主要从两方面考虑：一是25T客车除空调机组外，还新增加了许多设备，单车负载容量较大；另一方面是为了适应新的运行方式，增加供电系统的可靠性和安全性。两个逆变器其中一个主要给空调机组供电，另一个给开水炉、伴热等交流负载供电；正常情况下，两个逆变器相互独立，互为热备份。但当其中一个发生故障时，由另一个负责继续向负载供电，只是部分受控负载要减载运行（如空调机组转入半冷或半热工况）。客室电热器、温水箱等电阻性负载之所以采用DC600V直接加热的方式，一方面减轻了逆变器的冬季负载，另一方面减少了电阻性负载引起的漏电流。 由于电气化区段每隔25km左右有一个分相区，DC600V电源装置在过分相区时没有输入电源，因此逆变器和充电器均没有输出；为了避免照明负载的频繁断电，所以照明采用DC110V供电，在牵引区段，由充电器向照明负载供电，而过无电区时则由安装在车下的蓄电池供电。同样，为了保证空调等控制电路的控制电器不频繁吸合和释放，控制电路也采用DC110V供电。 为了防止本车蓄电池过放或故障，保证重要负载（如轴温报警器和防滑器等）的供电，全列蓄电池通过阻断二极管并联。尾灯、共线电话等设施从延续性的角度考虑仍采用DC48V供电。DC600V供电系统原理框图见下页图。 1.2逆变技术 将交流电变成直流电的过程称为整流，将直流电变成交流电的过程称为逆变。电力机车接触网电压是单相供电，而且供电品质很差，不能降压后直接供给列车的用电负载，因此必须用到逆变技术，将单相交流电变成直流电后再逆变成三相交流电供给客车负载。近几年，国内逆变技术已经达到实用化程度，为DC600V供电列车提供了技术基础。 客车逆变器的基本原理为：在每个正弦波周期内，将直流电压分割成若干个脉冲，这些脉冲的面积，正好等于正弦波的面积。通常情况下，一个周期内脉冲的个数乘以50即为调制频率，调制频率越高，输出的脉冲个数越多，在没有滤波器时，电动机负载的电流越接近于正弦波，而如果有滤波器，则滤波器的体积可以减小，输出电压波形的谐波成分越低。调制频率越高，对IGBT的驱动和保护要求越高，技术难
不同容量逆变器并联技术研究开题报告 一、文献综述 1 国内外研究现状 早在 20 世纪 70 年代，就有学者提出将逆变器进行并联运行，并且开始对逆变器并联控制技术研究进行研究。到上世纪 90 年代中期，一些发达国家已经将并联逆变器投入生产，并投入实用。如日本的梅兰日兰公司、三菱公司、东芝公司，美国的 APC 公司、Libert公司，德国的西门子公司等[3]。 在我国，对于逆变器并联技术和逆变器模块化生产的研究起始于上世纪 90年代，相对于世界发达国家起步较晚。目前，主要是一些高校对这一领域进行了相关的研究。例如国内比较知名的西安交通大学、华中科技大学、南京航空航天大学、浙江大学等。这些高校对于逆变器并联技术方面的研究在国内处于领先地位。与此同时，意识到并联逆变器的重要性，国内其他一些高校也先后加入了这一研究领域。但是由于起步较晚，大多数高校在这个领域的研究都还处于试验阶段。国内一些致力于电源研究和生产的企业，如台达、埃默森、华为等，在这方面也做了大量的工作，并且也有企业生产出了相关的产品。但其性能有待于实践检验[3]、[4]。 1.1 逆变器独立运行控制技术 逆变器因调制带来了谐波，滤波器在消除谐波的同时也带来了系统的过渡过程与稳定性问题。因此，系统需要调节器来实现其所需的稳态性能与动态性能，调节器的实现方式有以下控制方式。 1.1.1 PID控制 在实际工程中，应用最为广泛的调节控制为比例积分微分控制，即PID控制，PID控制结构简单、稳定性好，工作可靠、调整方便[6]。其传递函数为 PID控制通过调节、、这3个参数来起作用的。这3个参数取值的不同，其比例、积分、微分的作用强弱就不同。对于P调节器，随着值的加大，闭环系统的超调量加大，系统响应速度加快。若超过一定值，则系统变得不稳定。对于PI调节器，随着值的加大，闭环系统的超调减小，系统响应速度略微变慢。对于PID调节器，由于微分环节的作用，在曲线的起始上升段呈现尖锐的波峰，之后曲线也呈衰减震荡。随着值的加大，闭环系统的超调量增大，但经过曲线尖锐的起始上升段后响应速度有所变慢。 1.1.2 谐振控制 由于PI控制器在跟踪正弦信号时会出现稳态误差，比例谐振控制可以对某一固定频率的正弦指令信号实现无静差跟踪，并可以有针对性地消除某些频率的谐
第5章单相并网逆变器 后级的DC- AC部分，采用单相全桥逆变电路，将前级 DC- DC输出的400V 直流电转换成220V/50Hz 正弦交流电，完成逆变向电网输送功率。光伏并网逆变器实现并网运行必须满足要求：输出电压与电网电压同频同相同幅值，输出电流与电网电压同频同相（单位功率因数），而且其输出还应满足电网的电能质量要求，这些都依赖于逆变器的有效并网控制策略。 光伏并网逆变器拓扑结构 按逆变器主电路的拓扑结构分类，主要有推挽逆变器、半桥逆变器和全桥逆变器。 5.1.1推挽式逆变电路 推挽式逆变电路由两只共负极的功率开关元件和一个原边带有中心抽头的升压变压器组成。它结构简单，两个功率管可共同驱动，两个开关元件的驱动电路具有公共地，这将简化驱动电路的设计。 U 图5-1 推挽式逆变器电路拓扑 推挽式电路的主要缺点是很难防止输出变压器的直流饱和，另外和单电压极性切换的全桥逆变电路相比，它对开关器件的耐压值也高出一倍。因此适合应用于直流母线电压较低的场合。此外，变压器的利用率较低，驱动感性负载困难。推挽式逆变器拓扑结构如图5-1 所示。 5.1.2半桥式逆变电路 } 半桥式逆变电路使用的功率开关器件较少，电路结构较为简单，但主电路的交流输出电压幅值仅为输入电压的一半，所以在同等容量条件下，其功率开关的额定电流要大于全桥逆变电路中功率元件额定电流，数值为全桥电路的2 倍。由于分压电容的作用，该电路具有较强的抗电压输出不平衡能力，同时由于半桥
式逆变电路控制较为简单，且使用元件少、成本低，因此在小功率等级的逆变电源中常被采用。其主要缺点是直流侧电压利用率低，在同样的开关频率下电网电流的谐波较大。 图5-2 半桥式逆变器电路拓扑 5.1.3全桥式逆变电路 全桥逆变电路可以认为是由2 个半桥逆变电路组成的，在单相电压型逆变电路中是应用最多的电路，主要用于大容量场合。在相同的直流输入电压下，全桥逆变电路的最大输出电压是半桥式逆变电路的2 倍。这意味着输出功率相同时，全桥逆变器的输出电流和通过开关元件的电流均为半桥式逆变电路的一半。 本文采用的是单相全桥式逆变器，其拓扑结构如图5-3 所示，它结构简单且易于控制，在大功率场合中广为应用，可以减少所需并联的元件数。其不足是要求较高的直流侧电压值。 图5-3 单相全桥逆变器电路拓扑 光伏并网逆变器的控制 光伏并网逆变器按控制方式分类，可分为电压源电压控制、电压源电流控制、电流源电压控制和电流源电流控制四种方法。以电流源为输入的逆变器，其直流侧需要串联大电感提供稳定的直流电流输入，但由于此大电感往往会导致系统动态响应差，因此当前大部分并网逆变器均采用以电压源输入为主的方式，即电压型逆变器。采用电压型逆变主电路，可以实现有源滤波和无功补偿的控制，在实际中已经得到了广泛的研究和应用，同时可以有效地进行光伏发电、提高供电质
逆变电源系统变压器设计相关参数 一、 逆变电源系统输入、输出以及相关变压器参数 （1） 蓄电池直流输入电压要求 蓄电池的正常电压输入为：V U nDC i 24= 蓄电池的最低电压输入为：V U inDC 21min = 蓄电池的最高电压输入为：V U inDC 27max = （2） 逆变电源系统变压器副边绕组输出电压要求 逆变电源系统变压器副边绕组输出电压：V U oDC 380= （3） 逆变电源系统变压器其他参数 全桥逆变电路开关管工作频率：kHz f k 50= 变压器输出功率：VA P o 500= 效率：%90=e 二、 逆变电源系统变压器设计方法 输出直流电压： V U N N U oAC p s inDC 3112=?≥，p N 为DC/DC 全桥升压变压器原边绕组匝数，s N 为DC/DC 全桥升压变压器副边绕组匝数， AC o U 为正弦输出电压有效值220V 。设定V N N U p s DC in 380=，考虑全桥电路每个桥臂上的开关管导通压降为1V ，输出的 肖特基整流管的导通压降为0.5V ，则有公式T T N N U U on p s inDC oDC 2]5.0)2[(-? -=。 当 inDC U 最小，on T 最大时，变压器副边绕组的输出电压oDC U 必须保持恒定。设定本逆变电源系统功率的传递效率为9.0=e ，所以9.02=T T on ，从而计算出22≈p s N N 。 根据公式K f B e C P A A k o b e ?????=max 8 410，kHz f k 50=，9.0=e ，3.0=K ， Amp cm C /1007.523-?=，因为全桥电路的功率管开关频率kHz f k 50=，所以
电压源并联方案： 现以两个电压源并联为例进行说明。如下图所示，将两个电压源等效为交流电源，图中V 1和V 2表示两个等效电源输出幅值， 1?和2?表示等效电源输出的相位。X 表示线路等效输出感抗，假定两个逆变器的相等；R 表示线路等效输出电阻，假定两个逆变器的相等。Z 0为负载，V 0表示交流母线上的电压。I 1和I 2表示两个逆变器模块的输出电流 jX jX R 1V ?∠11 V ?∠ 逆变器n （n ＝1、2）的输出电流为： * *0n n n zn z V V I R ????∠-= ?∠?? 则输出功率为： *n n n n n n S V I P jQ ?=∠?=+ 其中P n 为逆变器n 输出的有功功率，Q n 为逆变器n 输出的无功功率： ()22cos sin n o n n n o R V V XV P V R X ??-+=+ 22 sin cos n n o n n n o RV XV XV Q V R X ??+-=-+ 由于引线电阻与引线电感相比一般很小，即连线主要呈感性，即R 为零，则有： sin n o n n V V P X ?= 20cos n o n n V V V Q X ?-= 有上式可以看出： 通过调节输出电压的相位可以调节逆变器输出的有功功率，通过调节输出电压的幅值可以调节逆变器输出的无功功率。 电流源并联方案：
jX 1V ?∠ 如上图所示，其中一台逆变器等效为一台电压源，如11V ?∠；其他逆变器等效为受控电流源，如22I ?∠，33I ?∠。 各逆变器输出的电流和端口电压可以监测，其输出的功率可以通过下式求得： *()n n n n n n S P jQ V I ?=+=∠ 在一个电压源加电流源并联的模式中，电压源支撑交流母线电压；电流源模块根据有功和无功指令计算得到有功和无功电流指令。有功和无功指令通过下面的方程获得。 13n k k ref P P ==∑ 13n k k ref Q Q ==∑ 然后再由下面方程计算出每个逆变器所要输出的有功电流和无功电流分量。 2222d q d d q q d q d q PE QE I E E PE QE I E E -?=?+??+?=?+? 通过控制每个逆变器输出的有功和无功输出，最终达到稳态时各逆变器之间的环流为零。
逆变电源并联技术 Parallel Strategy of Inverter 陈 宏 胡育文(南京航空航天大学航空电源科技重点实验室 210016) Chen Hong Hu Yuwen (Nanjing University of Aeronautics and Astronautics 210016 China) 摘要 逆变器并联是提高电源系统可靠性,扩充系统容量的有效方式。本文介绍了逆变电源并联的原理、技术要求和特点。对当前采用的逆变电源并联方案进行了总结和分类。在此基础上详细分析了各种并联方案的特点和内在关系,指出了逆变电源并联技术的发展趋势。 关键词:逆变电源 并联 环流中图分类号:TM464 Abstr act The parallel operation of inverter is not only a very useful method to increase the capac 2ity of power system,but also a good way to improve reliability of it 1This paper introduces the princi 2ple of inverter .parallel operation 1Several methods are summed up and classified 1Features and problems of these strategies are discussed and inner relationship has been described 1The developing process of in 2verter .s parallel is shown clearly in this paper 1 Keywor ds:Inverter,parallel,circumfluence 陈 宏 男,1972生,博士研究生,研究方向为电力电子与电力传动。胡育文 男,1944生,教授,博士生导师,研究方向为电力电子与电力传动。 1 前言 当前,交流电源供电方式正在由集中式向分布式、全功能式发展,而后者的技术核心就是模块化电源的并联技术,这是一个研究的热点。逆变电源的并联策略有很多,有主从结构[1],用电压型逆变器作为主模块控制系统电压,电流型逆变器提供负载电流。有对等式[2,4] ,并联的各个逆变器结构功能相同,相互间有信号的传递,但不存在隶属关系。还有基于有功无功调节的无连线并联方式[5,6]。本文重点讨论了并联的技术问题和各项并联方案的特点。 2 逆变器并联原理和特点 逆变器的并联需要满足5项条件,即电压、频 率、波形、相位、相序相同,只有这样才能消除环流、均分负载功率,达到最佳的运行状态。以下对 两台单相逆变器并联进行分析,图1中将逆变器简化为电压源加LC 滤波器的形式。根据图1中的电流电压关系得到电路方程(1) 如下 图1 逆变器并联电路图F ig 11 Circuit of parallel inverters U 1-J X L 1i L 1=U 0U 2-J X L 2i L 2=U 0 i L 1-i R 1-i C 1+i L 2-i R 2-i C 2=0U 0/R =i R 2+i R 1U 0#j X C 1=i C 1U 0#j X C 2=i C 2 (1) 设C 1=C 2=C,L 1=L 2=L ,由式(1)可得 第17卷第5期 电工技术学报 2002年10月