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主從式逆變器并聯(lián)建模、分析和實(shí)現(xiàn)
更新時間:2013-12-16   點(diǎn)擊次數(shù):2874次

趙魏

浙江大學(xué)   電氣工程學(xué)院     浙江省  杭州市  310027

 Modeling, Analysis and Implementation of Master-Slaver Inverter Parallel Operaton

**, **

ABSTRACT: The master-slaver parallel operation of multi-inverter is proposed in this paper. The paralleled inverters share the same outer voltage loop and the current of each individual inverter is distributed automatically. The small signal model of this scheme is analyzed, which includes the model of individual inverter. The experimental results verify the validation of the proposed model and scheme.

KEY WORDS: Inverter Parallel Operation Master-Slaver Small-Signal Model

摘要: 本文從簡單、實(shí)用的角度出發(fā),采用共電壓外環(huán)的主從并聯(lián)方案,實(shí)現(xiàn)了兩臺1 k VA 逆變器的并聯(lián),并用小信號模型分析了單臺逆變器的建模和設(shè)計(jì)方法,zui后給出了相關(guān)試驗(yàn)波形和結(jié)論。

從上圖可以看出,電感電流內(nèi)環(huán)有低通濾波器質(zhì)。但是存在較大的自激震蕩。內(nèi)環(huán)的傳遞函數(shù)的相位裕量為 90o,但是負(fù)載變化對電流內(nèi)環(huán)的開環(huán)增益影響很大。

 

電流環(huán)般采用P調(diào)節(jié),我們?nèi)≌{(diào)節(jié)比例系數(shù)Kip=2。則電流環(huán)閉環(huán)Bode圖見圖5。
   
從圖5可以看出,電感電流采用P調(diào)節(jié)后,負(fù)載參數(shù)對內(nèi)環(huán)增益特的影響減小。內(nèi)環(huán)帶寬增大,呈現(xiàn)出好的低通濾波器質(zhì),在低頻段的相位誤差小。
            

從電流環(huán)的傳遞函數(shù)可以得出系統(tǒng)外環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)如下,Bode圖見圖6。
                   

 

從上圖可以看出,系統(tǒng)的相位裕量為87.5o。轉(zhuǎn)折頻率為7.9k。為了減小輸出電壓和參考電壓之間的靜態(tài)誤差,采用PI調(diào)節(jié)是種比較好的方法。PI調(diào)節(jié)環(huán)采用如下參數(shù):
            

 

外環(huán)采用PI調(diào)節(jié)后的系統(tǒng)開環(huán)Bode圖見圖7,從圖中可以看出:系統(tǒng)在低頻段50Hz處有50dB的增益,增益變大,說明系統(tǒng)的跟蹤能變好,相位裕量為84o,說明系統(tǒng)的有良好的動態(tài)能。這個結(jié)論與后面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是致的。
           

4         實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了驗(yàn)證上述理論的正確,我們采用橋變換拓?fù)?,試?yàn)參數(shù)與仿真參數(shù)致。其中逆變開關(guān)管采用IGBTG4PC50UD,圖8-圖12是相關(guān)試驗(yàn)波形。電壓反饋采樣用LEM公司的LV28-P,電感電流采用LEM公司的LA58-P。LV28-P具有的,良好的線度,低溫漂,*的反應(yīng)時間,寬頻帶,無插入損壞,能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。LA58-P具有,線度好,過流能力強(qiáng)和好的特點(diǎn)。

8是單臺工作時,突加1kW負(fù)載,輸出電壓和電流波形,從圖中可以看出,輸出電壓幾乎沒有變化,說明系統(tǒng)具有良好的動態(tài)特。圖91kW負(fù)載下,兩臺并聯(lián)時的電流波形,從圖中可以看出,電流波形無論相位還是幅值都致,說明均流效果良好。圖101kW負(fù)載下,臺突然退出時的電流波形;圖111kW負(fù)載下,臺突然加入時的電流波形;圖12為兩臺并聯(lián)時,突加1kW負(fù)載時的輸出電壓和其中臺的電流波形。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,系統(tǒng)并聯(lián)下的動態(tài)能、均流效果較好。與前面的理論分析是致的。
           
          
             

5  結(jié)論

本文從簡單、實(shí)用的角度,提出了種共電壓外環(huán)的主從并聯(lián)方案并用相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)了驗(yàn)證。從圖1以可以看出,在主模塊和從模塊中加入開關(guān)S1、S2就可以實(shí)現(xiàn)主從模塊的切換,構(gòu)成種循環(huán)分布式逆變電源并統(tǒng)。
 

共電壓外環(huán)主從并聯(lián)方案具有簡單、實(shí)現(xiàn)方便、、均流效果好的優(yōu)點(diǎn),但是不能否認(rèn)的是這種方案電流環(huán)的增益很小,因此母線對均流效果有很大影響;主從之間通過模擬信號相連,對EMI相當(dāng)敏感等缺點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] Analysis and design of a multiple feedback loop control strategy for single-phase voltage-source UPS inverters Abdel-Rahim, N.M.; Quaicoe, J.E.; Power Electronics, IEEE Transactions on , Volume: 11 , Issue: 4 , July 1996 Pages:532 - 541

[2] Combination voltage-controlled and current controlled PWM inverters for UPS parallel operation Jiann-Fuh Chen; Ching-Lung Chu Power Electronics, IEEE Transactions on , Volume: 10 Issue: 5 , Sept. 1995 Page(s): 547 –558

[3] Novel control for redundant parallel UPSs with instantaneous current sharing Yan Xing; Lipei Huang; Sun, S.; Yangguang Yan;Power Conversion Conference, 2002. PCC Osaka 2002. Proceedings of the , Volume: 3 , 2-5 April 2002 Pages:959 - 963 vol.3

[4] 逆變器并聯(lián)的相位調(diào)制跟蹤法及其相關(guān)的研究; 胡文斌博士論文

[5] Parallel operation of single phase inverter modules with no control interconnections Tuladhar, A.; Jin, H.; Unger, T.; Mauch, K.; Applied Power Electronics Conference and Exposition, 1997. APEC '97 Conference Proceedings 1997., Twelfth Annual , Volume: 1 , 23-27 Feb. 1997 Pages:94 - 100 vol.1

[6] 逆變器及其并聯(lián)的研究; 朱志杰碩士學(xué)位論文


關(guān)鍵詞:逆變器并聯(lián) 主從方式 小信號模型

1        引言

隨著現(xiàn)代通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和制造的發(fā)展,計(jì)算機(jī)和現(xiàn)代通信設(shè)備對電源的要求越來越。并聯(lián)因其、系統(tǒng)擴(kuò)容方便、易于化和模塊化等優(yōu)點(diǎn)而成為近年來研究的熱點(diǎn)。逆變器的并聯(lián)主要有集中式方案、主從式方案、平均電流瞬時值方案、有功無功方案、下垂特調(diào)節(jié)方案等。這些方案各有優(yōu)缺點(diǎn)。本文從簡單、實(shí)用原則出發(fā),采用主從并聯(lián)方案實(shí)現(xiàn)了兩臺1 k VA 逆變器的并聯(lián)。第二節(jié)簡單的描述了主從并統(tǒng)的結(jié)構(gòu);第三節(jié)用小信號模型詳細(xì)的對單臺逆變器建模,并分析各參數(shù)對系統(tǒng)的影響;第四節(jié)給出了相關(guān)實(shí)驗(yàn)波形和分析;zui后做了簡單的總結(jié)。

2        主從逆變器并聯(lián)模型
1是兩臺基于主從方式的逆變器并聯(lián)方案系統(tǒng)框圖。
      

  主從式并聯(lián)方案工作原理如下:主模塊采用輸出電壓外環(huán)、電感電流內(nèi)環(huán)雙環(huán),以輸出電壓的正弦度、提系統(tǒng)的動態(tài)特、減小靜態(tài)誤差。主模塊的電壓參考信號Vref與輸出電壓相減,經(jīng)PI調(diào)節(jié)后,作為電感電流的基準(zhǔn),此基準(zhǔn)信號通過并聯(lián)線同時作為從機(jī)模塊的電感電流基準(zhǔn)。由于主機(jī)和從機(jī)共用個電感電流基準(zhǔn)。他們之間的耦合關(guān)系使得系統(tǒng)能夠達(dá)到自動均流的效果,而不需要額外的均流器。基于共電壓外環(huán)的主從并聯(lián)方案具有如下優(yōu)點(diǎn):

Ø         不需額外均流電路,可以自動實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的均流功能

Ø         不需要額外的鎖相環(huán)電路

Ø         設(shè)計(jì)簡單,相對可靠

同時,由圖1可以看出,在不考慮輸出功率連接線阻抗的情況下,逆變器主從模塊的設(shè)計(jì)與般單臺逆變器的設(shè)計(jì)方法相同。下節(jié)采用小信號模型分析和設(shè)計(jì)單臺逆變器參數(shù)。

3        單臺逆變器小信號模型和參數(shù)設(shè)計(jì)

單臺逆變器的模型見圖2。其中Vdc是母線電壓;Lf、Cf是逆變器的濾波電感和濾波電容;R是輸出負(fù)載;Rf是濾波電感的等效電阻;M是占空比,是非線函數(shù)。由于濾波電容的等效電阻小,對系統(tǒng)的影響不大,般不予考慮。
        

上述模型是非線的,在SPWM工作方式下,如果載波頻率fs遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于基波頻率f,則可以通過平均值模型進(jìn)行線化。然后在靜態(tài)工作點(diǎn)附近做擾動,得到逆變器的小信號方程如下:
   

 

就逆變器的方法而言,主要有單電壓環(huán)瞬時值調(diào)節(jié);電感電流內(nèi)環(huán)、電壓外環(huán)瞬時值調(diào)節(jié);電容電流內(nèi)環(huán)、電壓外環(huán)瞬時值調(diào)節(jié)三種方案,考慮到并聯(lián)時,為了減小環(huán)流,應(yīng)盡可能的讓逆變器呈電流源質(zhì),因此采用電感電流內(nèi)環(huán)、電壓外環(huán)瞬時值調(diào)節(jié)方案。其框圖見圖3。
      


 

 

 

電感電流內(nèi)環(huán)空載、滿載下的Bode圖如圖4。
            
                  

              圖4電感電流內(nèi)環(huán)空、滿載下bode

 

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