逆变器的并联运行技术.docx

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1、逆变器的并联运行技术目录1 .前言12 .逆变器并联技术的作用12.1. 提高系统的功率输出能力，方便的提高系统的容量22.2. 提高系统的可靠性22.3. 3.提高系统的效率22.4. 灵活性和可扩展性23 .大容量的逆变电源的发展趋势2?逆变电源并联技术的策略3?集中控制并联方案(ConCentratedContro1)3?主从控制并联方案(MaSter-S1aVeContro1)4?分布式控制并联方案(DiStribUtedControI)5?平均电流眠时控制方案6?有功无功控制方案6?3C控制并联方案(CirCUIarChainContro1)7?无线并联控制方案(Wire1eSSin

2、dependentContro1)8?总结：101 .前言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。2 .逆变器并联技术的作用逆变器是一种将直流电源转换

3、为交流电源的装置。它广泛应用于太阳能发电系统、电池存储系统、风能发电系统等，可以有效地提高电能的利用率和质量。逆变器并联技术则是一种将多个逆变器连接在一起的方法，通过并联操作,可以进一步提高系统的性能和可靠性。研究表明：采用N+1冗余并联是一种很好的解决方案。实现冗余并联的主要优点如下：2.1. 提高系统的功率输出能力，方便的提高系统的容量逆变器并联技术可以将多个逆变器连接在一起，共同输出电能。通过将多个逆变器并联运行，可以大大提高系统的功率输出能力。特别是在太阳能发电系统和风能发电系统中，逆变器并联技术能够更好地适应不同的天气条件和风能强度变化，实现更高的电能输出。2.2.提高系统的可靠性逆

4、变器并联技术可以提高系统的可靠性和容错能力。当系统中某个逆变器发生故障或者需要维修时，其他并联的逆变器可以继续运行，不会对整个系统的运行造成过大的影响。因此，逆变器并联技术能够显著提高系统的可靠性，减少故障对系统的影响，确保系统的稳定运行。2.3.提高系统的效率逆变器并联技术可以提高系统的能量转换效率。在并联运行的情况下，系统可以根据负载情况智能地分配工作负荷，使每个逆变器运行在最佳工作点，最大化利用输入能量，提高系统的转换效率。止匕外，逆变器并联技术还可以减少系统的损耗和电阻，进一步提高系统的效率。2.4.灵活性和可扩展性逆变器并联技术能够提供系统的灵活性和可扩展性。通过增加或减少并联的逆变

5、器数量，可以根据实际需求调整系统的容量和功率输出。这对于太阳能发电系统和电池存储系统等需要根据负载情况灵活调整的应用非常重要。逆变器并联技术能够实现系统的模块化设计，方便安装、维护和升级。3.大容量的逆变电源的发展趋势当前大容量的逆变电源的发展趋势是采用全控高频开关器件构成逆变电源模块单元再通过多个模块并联运行扩容。图1是两台并联逆变器的等效电路图。其中U、U,为逆变桥的输出PWM波的基波分量；Uu,为逆变电源的输出电压;r、r,为表征电感内阻线路阻抗等逆变电源损耗因素的等效阻抗；r、r,为并联线的线路阻抗；1、1,、C、C,为逆变电源的滤波电感和电容；Z为2台逆变电源的公共负载，可为感性容性

6、或纯阻性。图1并联逆变电源的等效电路由于电感电流滞后电压90。，因此，此时的环流主要是无功分量。当UI与u2只存在相位差异，则此电压差比逆变输出电压超前90。，环流电流与逆变电压同相位，因此，此时的环流主要是有功分量。由于环流iH的存在使得各逆变电源的输出电流不仅包含有效负载电流分量，还有环流分量。在不同状况下环流分量相对于各逆变电源呈现出不同的负载特性，或为有功或为无功。环流分量改变了各逆变电源的输出电流也相应改变了各逆变电源的输出功率，使得各逆变电源所承担的负载不均衡。从以上的分析可得出结论：实现逆变电源的并联，必须保证各逆变器输出电压的幅值、频率、相位的一致，保证各个模块按预先设定比例均

7、分有功和无功电流，使输出环流等于0。?.逆变电源并联技术的策略目前所见文献中，主要的并联方案总结如下：?.1.集中控制并联方案(COnCentratedeontrO1)集中控制并联方案是一种较早提出的方案，在该方案中，并联控制模块检测市电频率和相位，同时给出同步信号给每个逆变器。当市电掉电时，每个逆变器的锁相环电路保证输出电压的频率和相位的一致。并联控制模块同时还检测负载电流，除以参与并联逆变器的台数，作为每台逆变器的电流参考指令。同时，每台逆变器检测自身的输出电流，与平均电流求误差用以补偿参考电压指令，消除环流。图2是集中控制并联方案的原理框图。集中控制并联方案实现简单，均流效果也较好，但是

8、并没有实现真正的冗余，并联控制器一旦故障，则整个系统崩惯，可靠性大大降低。?.2.主从控制并联方案(MaSter-SIaVeContro1)主从控制并联方案是从集中控制并联方案衍生而来，其主要改进之处在于可以通过模式选择开关、软件设定、硬件指定或工作状态进行主、从模块间的切换，从而避免了集中控制模式中由于控制器发生故障导致系统崩渍的可能。主从式并联系统，由一个电压控制PWM逆变器(VCP1)单元、数个电流控制PWM逆变器(CCPI)单元和功率分配中心(PDC)单元组成并联系统。图3是功率分配中心控制并联方案的控制框图，图4是该方案的等效电路图，它包括：(1)一个VCPI,主控单元，其电压调节器

9、保证系统输出幅度、频率稳定的正弦电压；(2)N个CCP1从单元，设计其具有电流眼随器性质，分别跟随PDC单元分配的电流；(3)PDC单元检测负载电流，并平均分配给各CCP1单元，且是同步的。VCPI单元通过锁相环(P11)使其正弦输出电压与市电或自身产生的基准电压信号同步、而输出电流取决于负载性质。它与常规的逆变器或UPS无异。主从控制并联方案不需要P11电路，因为CCPI模块会自动的跟随VCP1模块的率变化，自动实现锁相功能。主从控制并联方案的特点如下：优点：(1)控制简单，无需复杂的均流控制电路，实现相对比较容易；(2)整个系统的稳定度和控制精度较好，动态性能良好，对线性负载和非线性负载都

10、有较好的均流能力；(3)可以方便的实现功率的控制和分配。缺点：(1)由于有主从模块之分，同时需要额外的控制器，整个系统中各个模块并不是地位均等，一旦控制器发生故障，则整个系统崩惯，并没有实现真正的冗余；(2)主从模块进行切换时，由于基准正弦波幅值和相位的差异，容易产生很大的瞬时环流。主从模块切换是造成系统崩溃的重要因素。?.3.分布式控制并联方案(DiStribUtedControI)分布式控制并联方案也称分散逻辑控制并联方案(DiStribUted1ogicContro1jo分布式并联控制是一种真正的冗余控制方法。其中任何一个模块的加入和退出都不会影响这个系统的运行。在目前所见的文献中，分布

11、式控制并联方案主要包括平均电流瞬时控制方案和有功无功控制方案。?.3.1.平均电流眠时控制方案平均电流瞬时控制方案一般通过锁相环电路保证各个模块基准电压的严格同步、通过求出各个模块输出电流的瞬时平均值进行电流的调节。因此该方案中一般需要控制互连线。图5是平均电流瞬时值控制的原理框图。该控制方案的特点如下：(1)采用两条并联控制线：输出电流平均线、基准方披频率/相位同步线；(2)各个模块之间地位一致，可以实现真正的分布式冗余控制；(3)采用瞬时值控制方式，动态响应快，均流特性好；(4)模块间的模拟通信信号较多，因此容易受到干扰，同时容易导致EMI问题；(5)各个模块基准电压的幅值和频率的偏差对系

12、统控制精度和系统的稳定性影响较大。?.3.2.有功无功控制方案有功无功控制方案则是通过检测本机的有功、无功信息，通过有功、无功并联线与其他模块通信，通过与其他模块有功、无功功率比较，对本模块的输出电压的频率、幅值进行调节，实现逆变器的并联，图6是基于有功无功控制方案的原理框图。图6有功无功控制原理框图该方案的特点如下：(1)采用三条并联控制线：有功功率线，无功功率线，频率线。(2)各个模块之间地位一致，可以实现真正的分布式冗余控制。(3)并联控制线属于直流信号，抗干扰能力较强。(4)属于平均值控制方式，动态响应较差。(5)有功、无功的计算量大。?.4.3C控制并联方案(CireUIarChai

13、nContro1)3C控制方法是采用眼踪的思想中，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同路，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7为两个模块并联控制框图。3C控制并联方案是分布式控制方法的改进。虽然其环形信号通路中每一模块仅接受上一模块的电流信号，但此信号中已包含其他模块的信息。因此，3C方案的互联线大大减少，既减小了干扰，又非常容易实现多台的并联。但是控制器的设计相当复杂，常规控制方案无法实现系统的可靠运行。为了保证系统的稳定性和动态性能，文

14、献提出了HOO理论控制方法。1sr图73C控制2台并联系统框图?.5.无线并联控制方案(Wire1eSSindependentContro1)近年来，无互连线并联控制成为逆变器并联的研究热点。无线并联方案是从有功无功并联方案发展而来，借助电机并网中下垂特性的思想，通过预先设计的权值控制，使得逆变器的输出电压的频率和幅值分别随着输出有功功率和无功功率的增加而下降，从而使逆变器的输出电压和频率稳定在一个新的平衡点。图8是无线并联控制的原理框图。基于下垂特性的无线并联方案的特点：(1)所有并联逆变器除了输出功率线外，没有别的电气连接，实现了真正的无线并联。(2)基于下垂特性的无线并联方案是在输出电压

15、频率、幅值与有功、无功均分的一个折中，因此输出特性软化。(3)由于有功、无功的计算一般在一个工频周期内计算得出，因此大大限制了动态响应。(4)系统参数对均流效果影响很大，使得参数的选择极为困难。如图9,传统的基于下垂特性的无线并联方案是在输出电压调节和功率均分之间取折中，而且，有功功率变化还可能导致逆变器输出频率的漂移，因此,如何实现真正的无线并联，同时又克服无线并联内在的缺陷成为研究的核心所在。利用逆变器的输出交流功率线作为通信载体的电力线载波通信方式实现逆变器之间的信息交换。每台逆变器都将自身的有功和无功大小通过高频调制成高频数字信号桐合到功率输出母线上，这样，每台逆变器都能知道其他模块的输出功率，从而调节自身的输出电压和频率。图8无线并联方案结构框图图9有功调频和无功调压控制框图这种无线并联方案在一定程度上克服了传统无线并联的输出电压稳态误差大和瞬态响应慢的缺陷，但电力线载波通信方式受逆变器开关管高频干扰的可能性很大，因此，存在一定误码是在所难免的。如图10,普通的电力线载波通信是将单台逆变器自身的信息通过高频调制的方式精合到输出电力线上，这使得滤波器参数的选择非常困难。针对电力线载波通信的高频干扰产生的误码问题采取了新的通信策略。这种策