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

摘要: 本文從簡(jiǎn)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(tái)1 k VA 逆變器的并聯(lián)，并用小信號(hào)模型分析了單臺(tái)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 90^o，但是負(fù)載變化對(duì)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)K_ip=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(duì)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87.5^o。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84^o，說明系統(tǒng)的有良好的動(dòng)態(tài)能。這個(gè)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IGBT：G4PC50UD，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(shí)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)。

圖8是單臺(tái)工作時(shí)，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(dòng)態(tài)特。圖9是1kW負(fù)載下，兩臺(tái)并聯(lián)時(shí)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10為1kW負(fù)載下，臺(tái)突然退出時(shí)的電流波形；圖11為1kW負(fù)載下，臺(tái)突然加入時(shí)的電流波形；圖12為兩臺(tái)并聯(lián)時(shí)，突加1kW負(fù)載時(shí)的輸出電壓和其中臺(tái)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(dòng)態(tài)能、均流效果較好。與前面的理論分析是致的。
           
          
             

本文從簡(jiǎn)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(jiǎn)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(duì)均流效果有很大影響；主從之間通過模擬信號(hào)相連，對(duì)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

[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(hào)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(duì)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(shí)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(jiǎn)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(tái)1 k VA 逆變器的并聯(lián)。第二節(jié)簡(jiǎn)單的描述了主從并統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；第三節(jié)用小信號(hào)模型詳細(xì)的對(duì)單臺(tái)逆變器建模，并分析各參數(shù)對(duì)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(jiǎn)單的總結(jié)。

2        主從逆變器并聯(lián)模型
圖1是兩臺(tái)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(dòng)態(tài)特、減小靜態(tài)誤差。主模塊的電壓參考信號(hào)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(hào)通過并聯(lián)線同時(shí)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(gè)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(dòng)均流的效果，而不需要額外的均流器?；诠搽妷和猸h(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(dòng)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(jiǎn)單，相對(duì)可靠

同時(shí)，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(tái)逆變器的設(shè)計(jì)方法相同。下節(jié)采用小信號(hào)模型分析和設(shè)計(jì)單臺(tái)逆變器參數(shù)。

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

單臺(tái)逆變器的模型見圖2。其中V_dc是母線電壓；L_f、C_f是逆變器的濾波電感和濾波電容；R是輸出負(fù)載；R_f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(duì)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(dòng)，得到逆變器的小信號(hào)方程如下：
   

就逆變器的方法而言，主要有單電壓環(huán)瞬時(shí)值調(diào)節(jié)；電感電流內(nèi)環(huán)、電壓外環(huán)瞬時(shí)值調(diào)節(jié)；電容電流內(nèi)環(huán)、電壓外環(huán)瞬時(shí)值調(diào)節(jié)三種方案，考慮到并聯(lián)時(shí)，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(shí)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。