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逆变电源并联技术

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逆变电源并联技术ParallelStrategyofInverter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)

ChenHong HuYuwen(NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics 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:TM464Abstract Theparalleloperationofinverterisnotonlyaveryusefulmethodtoincreasethecapac2ityofpowersystem,butalsoagoodwaytoimprovereliabilityofit1Thispaperintroducestheprinci2pleofinverter.paralleloperation1Severalmethodsaresummedupandclassified1Featuresandproblemsofthesestrategiesarediscussedandinnerrelationshiphasbeendescribed1Thedevelopingprocessofin2verter.sparallelisshownclearlyinthispaper1Keywords: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Fig11 CircuitofparallelinvertersU1-JXL1iL1=U0

U2-JXL2iL2=U0

iL1-iR1-iC1+iL2-iR2-iC2=0

U0/R=iR2+iR1

U0#jXC1=iC1

U0#jXC2=iC2

(1)

设C1=C2=C,L1=L2=L,由式(1)可得

第17卷第5期电工技术学报2002年10月iL1=(U1-U2)/2jXL+12U0(1/R+2jXC)iL2=-(U1-U2)/2jXL+12U0(1/R+2jXC)(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Icomn=I0/N,并将电流指令Icomn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Fig12 Schemeofmaster2slaverinverters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。

56电工技术学报 2002年10月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Vr、电流内环给定Ig及反馈Vf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Fig13 Schemeofmulti2loopinverter.sparallelmode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Vr、反馈Vf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I0平均分配给各CCPI作为参考电流。方案2则将各单元的Vr、Vf、Ig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C2n根

通信线,随着并联台数增加,信号线数也大为增加。313 3C(CircularChainControl)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Fig14 Controlschemeof3Cinverter

57第17卷第5期 陈 宏等 逆变电源并联技术

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基于DSP的数字逆变器并联研究及实现

基于DSP的数字逆变器并联研究及实现


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２ ０ １ ３ Ｓ ｃｉ ． Ｔ ｅ ｅ ｈ ． Ｅ ｎ ｇ ｒ ｇ ．
机 电技术
基于 Ｄ Ｓ Ｐ的数字逆变器并联 研究及实现
何 健 冯友兵 沈孟 良 唐科峰
（ 江苏科技大学 电子与信息学 院 ， 镇江 ２ １ ２ ０ ０ ３ ； 常熟瑞特 电气股份有 限公 司 ， 苏州 ２ １ ５ ４ ０ ０ ）
所示 。
Ｕ ２ ２
率、 高稳定性、 高可靠性、 高功率容量、 模块 化、 智能
化和 网络 化等 ， 显然 单 台 电源 系 统 已经 不 能 满 足 上
述要求 。研究表明 ， 采用并联 技术是提高 电源系统 综合性能的有效措施 。逆变器并联有多种方案 ： 如 集 中控制式、 主从控制 式、 分布控 制式和无互 连线 控制式等。不论那种方案 ， 两个最重要 问题必须解 决： （ １ ） 并联模 块输 出 电压相位 与幅值 必须一致 ； （ ２ ） 必须 消 除并联 模块 间的环 流 ， 做 到输 出功 率
则
２ ０ １ ２年 １ ０月 ３ １日收到
由图 １ 可 得输 出 电流为 ：
Ｚ １ ＝
—— ———— —— — ＝■—— ——— —一
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（ ２ ） Ｊ
Ｉ ｓ ＝ 『 ！
【
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二 １ （ ３ ）
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第一作 者简介 ： 何
健（ １ ９ ８ ８ 一） ， 男， 江苏 太仓人 ， 硕士， 研究 方 向
Hale Waihona Puke 摘 要传统电源系统功率大， 体积大， 可靠性不高， 安装维护不便。小功率逆变器并联电源系统， 可以随时增减输 出功率，
满足不 同的负载需求 ， 弥补传 统 电源的一些不足 ， 提供较 高的供电质量和增加系统可靠性。设计基 于 Ｓ Ｐ ＷＭ 算法和一种 无主 从 的独立结构 ， 实现 了２台功 率为 １ ． ７ ｋ Ｗ 的逆 变器 的并联 运行 。
并联谐振逆变电源的电路设计

并联谐振逆变电源的电路设计

并联谐振逆变电源的电路设计本文提出了一种应用于感应加热的并联谐振逆变电源设计方案，针对其主电路、斩波电路及逆变器控制电路等进行了分析和设计。

电路构成及设计电源的系统框图为图1所示，三相交流电压通过不控整流及滤波电路后转换为直流电压，该电压被送到直流斩波器进行斩波调节，变为功率可调节的近似恒流源后输入逆变器，之后控制感应加热负载。

直流斩波控制部分则通过传感器检测斩波输出的电流信号，经PI调节器，控制PWM的输出脉宽，从而改变斩波输出电流的大小，实现闭环控制。

逆变器控制部分采用锁相环频率跟踪电路控制逆变器的工作频率，产生高频触发脉冲，驱动逆变电路中功率器件的通断。

主电路1、并联谐振逆变电源的主电路由三相不控整流桥、直流斩波器、电流源并联谐振逆变器和负载匹配电路四部分组成(图2)。

这里采用不控整流加斩波构成直流电流源，主要是考虑到其具有保护速度快以及高频斩波带来的滤波器尺寸小等优点。

斩波器和逆变器中的主功率器件(VT与VT1、VT2、VT3、VT4)均采用IGBT管。

逆变器桥臂的每一个IGBT上均串联一个二极管，通过IGBT的正向电流也将全部通过串联二极管，这就要求串联二极管能够通过很大的正向电压和承受很高的反向电压，因此VD1~VD4选用的是快速恢复二级管。

逆变器通过半导体开关有规律地切换，在负载侧得到一定频率的交流电流，其频率由开关的动作频率决定，由于是电流源供电，逆变器输出电流近似为方波，负载对基波分量呈高阻，压降较大，而三次及三次以上谐波产生的压降较小，可近似认输出电压(即电容C两端电压)为正弦波。

2、PWM斩波控制斩波的实现是通过控制IGBT(图2中VT管)的导通来控制电流的大小，从而间接控制功率。

在稳态运行过程中，为实时了解负载的变化，需从谐振回路中反馈电流的变化，通过与基准值比较获得占空比的大小。

图1系统框图中的电流检测可选用霍尔电流传感器，检测逆变器直流母线输入电流的大小。

控制电路采用PI调节器，由运放与电阻、电容等元件构成，可将检测电流与设定电流比较，只要反馈和设定有偏差，就可通过调节，使反馈向设定值逼近直至等于设定值，从而实现无差调节，提高系统稳定性。

UPS电源并联冗余方式和串联冗余方式的选择

UPS电源并联冗余方式和串联冗余方式的选择

UPS电源并联冗余方式和串联冗余方式的选择：1、ups不间断电源并联冗余并联冗余是将多于两台同型号、同功率的UPS电源，通过并机柜、并机模块或并机板，把输出端并接而成。

目的是为了共同分担负载功率，其基本原理是：正常情况下，两台UPS 均由逆变器输出，平分负载和电流，当一台UPS故障时，由剩下的一台UPS承担全部负载。

三机并联也是常用的一种方式，比如对于60KVA的负载，我们可以考虑三台30KVA并联，即使一台UPS出现故障，另两台UPS仍然可以承担全部负载，此为N+1并联冗余。

并联冗余的本质，是不间断电源均分负载。

要实现并联冗余，必须解决以下技术问题：1．每个UPS逆变器输出波形保持同相位、同频率；2．每个UPS逆变器输出电压一致；3．每个UPS电源必须均分负载；4．UPS不间断电源故障时能快速脱机。

不间断电源并联冗余的缺点：1．由于要求功率均分，因而调试困难。

有些品牌UPS要在满负载运行时调节功率均分。

另外：输入、输出线长、线径都是影响均分的因素。

2．并机柜系统如发生故障，将中断整个系统供电（瓶颈故障）。

LEUMS是世界五大UPS生产厂之一，由于采用DSP控制技术，具有高超的冗余并联运行技术：不间断电源并联冗余的优点：1．并机运行的UPS独立控制电压与相位，没有公共控制部分，不存在瓶颈故障。

2．并机调试非常简单，只须每台UPS不间断电源参数设置完毕，即可投入并联运行。

3．由于采用DSP控制技术，并机运行的每台UPS输出滤形，电压都非常一致，因此并机环流很小。

4．多机并联运行，SYNTHESIS系列：三台并联；EDP90系列：六台并联。

5．在并联系统中任意一台UPS故障时，DSP控制技术可以在正弦波的任意一点切换，使故障UPS快速脱机，由其它UPS继续不间断地供电。

并联冗余技术的要点说明：大功率UPS相位跟踪在±3°，两台UPS并联有可能在相位上相差6°，造成电压差，sin6°=30V，因而在输出端会造成很大的环流，就有可能使逆变器因过载而烧毁。

并网发电原理

并网发电原理

并网发电原理并网发电是指将分布式电源（如太阳能、风能等）通过逆变器转换为交流电，并与公共电网连接，实现将多个分布式电源并联到公共电网上，实现电能的共享和互补。

并网发电原理是分布式电源系统中的重要环节，下面将从逆变器、电网连接和功率控制三个方面对并网发电原理进行介绍。

首先，逆变器是实现分布式电源与公共电网连接的关键设备。

逆变器的主要功能是将分布式电源产生的直流电转换为交流电，并保持与公共电网的同步运行。

逆变器通过内部的控制器对电压、频率等参数进行监测和调节，确保输出的交流电能够与公共电网保持同步，同时保证输出电流的质量和稳定性。

逆变器的设计和性能直接影响着分布式电源并网发电的效率和安全性。

其次，电网连接是实现分布式电源与公共电网连接的物理接口。

电网连接包括电网连接装置、开关设备、保护装置等组成，其主要作用是将逆变器输出的交流电连接到公共电网上，并确保在电网故障或异常情况下能够及时切断分布式电源的接入，保护公共电网的安全稳定运行。

电网连接的设计和配置需要符合国家相关标准和规范，确保分布式电源的并网发电过程能够安全可靠地进行。

最后，功率控制是实现分布式电源与公共电网协调运行的重要手段。

功率控制系统通过监测公共电网的电压、频率等参数，实时调整逆变器的输出功率，使其能够根据电网的需求进行灵活调节，实现分布式电源与公共电网的协调运行。

功率控制系统还可以实现分布式电源之间的互补和协同，提高整体系统的效率和稳定性。

同时，功率控制系统还可以实现对分布式电源的远程监测和管理，提高系统的运行效率和可靠性。

总之，并网发电原理是分布式电源系统中的重要环节，逆变器、电网连接和功率控制是实现分布式电源与公共电网协调运行的关键技术。

通过合理设计和配置这些关键设备和系统，可以实现分布式电源的高效、安全地并网发电，为清洁能源的发展和利用提供了重要支撑。

希望本文对并网发电原理有所帮助，谢谢阅读！。