电力电子系统建模及控制 第9章 逆变器并联系统的动态模型及均流控制.ppt

第9章逆变器并联系统的动态模型及均流控制9．1逆变器并联技术概述为实现并联运行，UPS模块必须满足以下两个条件：
(1)任一模块输出正弦电压的频率、相位和幅度必须与并联工作其他模块一致，否则会导致UPS模块之间产生环流，甚至导致UPS并联系统的崩溃。
(2)各UPS模块输出平均分担负载，否则会导致部分工作模块过载。
早期逆变器并联采用在输出端串联电感的方法来抑制环流，要想达到较好的环流抑制效果，需要使用较大的电感，从而导致逆变器的体积、重量增加，同时输出串联电感上存在较大的电压降，降低了逆变器的输出精度。目前逆变器的并联控制方法主要有：集中控制方式、主从控制方式、分布逻辑控制方式和无互连线控制方式。9．1．1集中控制方式在各个模块通过锁相环使得输出电压之间的相位偏差很小的情况下，可以认为各模块输出电流与电流基准之间的误差是由于各模块输出电压幅值的不一致所引起的，因此，根据输出电流误差修正各模块基准电压的幅值使各模块输出电流相同。集中控制方式结构简单，均流效果较好，但是一旦公共控制电路失效，整个并联系统瘫痪，因此采用集中控制的并联UPS系统没有冗余能力。9．1．2主从控制方式一种主从控制方式的控制框图如图9-2所示，并联系统中主模块的输出电流作为从模块的电流基准，使得从模块的输出电流is与主模块的输出电流im相同。该方法可以很好地实现静态均流。为实现冗余并联，一旦主模块故障，需要通过设计一定的逻辑规则自动选择一个从模块作为新的主模块。
采用分布式控制方式的并联系统中不存在公共控制电路，而且每个模块的地位是平等的，一旦某个模块发生故障，该模块就自动退出并联系统，其他模块仍然可以正常工作，提高了并联系统的可靠性。
分布逻辑控制方式将均流控制分散在各个并联模块中，并通过模块间的互连线交换信息，如并联模块的输出电压、电流，有功、无功分量以及频率和相位信号，通过各模块内部的控制器产生各模块公共的基准电压信号、基准电流信号以及相位同步信号。图9-3为一种分布式控制方式的控制框图，并联模块问有两条互连线，分别为公共电压基准信号和平均反馈电流信号。
各并联模块通过锁相环与公共电压基准信号同步，使得各模块输出电压相位和频率一致，以平均反馈电流作为各个并联模块的电流参考值，各模块输出电流与参考值的误差调整电压参考值的幅值实现均流。分布式控制方式具有冗余性，因此可靠性高，但是在采用模拟控制时随着并联模块数目的增加，以及互连线距离的增大，互连线信号容易引入干扰。式中，和分别为逆变器空载时的输出角频率和电压；m和n为角频率和幅值的下垂系数。
利用逆变器输出的下垂特性，各模块以自身的有功和无功功率为依据，调整自身输出电压的频率和幅值以达到各台逆变器的均流运行。无互连线控制方式在各并联模块间无互连线，消除了在分布控制方式中由于各模块之间互连线信号受干扰而引起并联系统不能正常工作的问题。并联方式简单，提高了并联系统的可靠性。但是由于逆变器输出特性软化，稳态时会造成逆变器输出电压幅值、频率发生偏离，下垂系数m和n越大，各模块分担负载的效果越好，但是输出电压幅值和频率的精度越差，需要在逆变器输出电压幅值和频率的精度与功率均分效果之间折衷考虑。9．2．1并联逆变器系统的结构
图9-5是一个应用瞬时电流均流法的n个逆变器并联系统的框图。第j个逆变器的输出透过一个阻抗Zpj连接到负载ZL上。每个逆变器具有三个控制回路：内部电流反馈环，电压反馈环，外部均流环。 内部电流反馈环和电压反馈环组合使单个逆变器具有较好的动静特性。电压参考值u*j应当同步以保证各个逆变器输出电压保持同相位。外部均流环用来保证各个逆变器输出负载电流均衡。每个逆变器向均流母线提供自身输出电流的测量值，由均流母线产生一个共用电流参考值is。这个参考值is可以是平均输出电流，最大输出电流，或是具有最快时钟频率的逆变器的输出电流。is和个逆变器输出电流ij之间的误差首先经过均流控制器Hj，然后被加到电压参考值中作为相应的逆变器的控制输人。由于Hj的高增益，is和ij之间的误差将趋于零，所有逆变器将会输出相同的电流，达到均流的目的。
9.2.2并联逆变器系统的建模由于逆变器的开关频率通常比输出电压基波频率高很多，所以开关过程的动态过程可以忽略。这样，逆变桥可以用一个简单的增益单元来代表，逆变器的增益M等Vdc/Vc，如图9-7所示。图中模型包含一个内部电容电流反馈环、一个外部电压反馈环和一个电压前馈环。通过引进电容电流反馈环，以提高动态特性。这里，电压反馈环使用了一个PI控制器，由于PI控制器会带来一定的相差，我们使用电压前馈环来减少相差并提供对参考值的高精度跟踪。图9-7中，Kc是电容电流反馈环的增益，Kp和Ki，是电压反馈环的比例增益和积分增益，Kf是电压前馈环的增益。 根据戴维南定理，