多逆变器并联系统环流分析及抑制方法

合集下载

逆变器并联系统环流抑制方法研究

逆变器并联系统环流抑制方法研究作者：刘建宝林桦秦昕昕来源：《计算技术与自动化》2014年第02期收稿日期：2013-05-20作者简介：刘建宝（1978—），男，辽宁葫芦岛人，讲师，博士研究生，研究方向：电力电子与电力传动。

文章编号：1003-6199(2014)02-0031-03摘要：由于功率器件本身存在的触发延时差异以及死区控制等因素的存在，在逆变器并联系统中同步的控制信号很难得到同步的输出电压，因此环流电流是普遍存在的。

本文针对交流电动机驱动用SPWM逆变器并联系统中的环流问题，根据环流电流与载波相位差的关系，提出一种基于三角载波相位调节的环流抑制方法。

基于载波相位调节最小原则，根据环流电流特性确定载波相位差方向，根据环流电流基波分量与载波相位差的关系确定载波相位差大小，调节相位超前的三角载波滞后一定的相位，达到抑制环流电流的目的。

仿真结果验证该环流电流抑制方法的可行性。

关键词：环流抑制；逆变器并联；交流电动机驱动；SPWM逆变器中图分类号：TM346文献标识码：AStudy on Restraint of Circulating Current in Parallel Inverters SystemLIU Jian bao1,2，LIN Hua1，QIN Xin xin2（1．College of Electric and Electronic Engineering,Huazhong Univ of Science and Technology,Wuhan,Hubei 430074,China;2．College of Electrical Engineering, Navy Univ. of Engineering, Wuhan,Hubei430033,China）Abstract:The circulating current is present generally in the parallel inverter system due to the different delay of power devices.Aiming at the circulating current of parallel inverter with SPWM modulation for AC motor drive, a restraining method of circulating current is proposed based on the relationship between the circulating current and phase difference of carrier waves in this paper. Using the principle of the minimal accommodation, the triangular carrier wave which is anterior has been accommodated laggardly according to the phase difference and the direction of triangular carrier waves, the circulating current has been restrained effectively. The results of simulation have verified the proposed method.Key words:restraining of circulating current; parallel inverters; AC motor drive; SPWM inverter1 引言逆变器并联结构在大电流的交流电动机驱动系统中有着广泛的应用［1-3］。

基于动态虚拟阻抗的多并联逆变器间环流抑制控制策略

第41卷第4期2021年4月电力自动化设备Electric Power Automation Equipment Vol.41No.4 Apr.2021基于动态虚拟阻抗的多并联逆变器间环流抑制控制策略王俊凯，牟龙华，刘鑫（同济大学电气工程系，上海201804）摘要：孤岛微电网中基于下垂控制的各分布式电源逆变器并联运行，其参数差异会引发系统环流。

为此提出一种基于动态虚拟阻抗的环流抑制策略。

首先分析了采用下垂控制的逆变器并联时所产生环流的组成成分，得出无功环流占主导以及线路阻抗不匹配造成无功环流的结论。

其次在虚拟阻抗中引入无功反馈项，实现无功精确分配，从而抑制无功环流。

通过在电压控制方程中加入电压补偿项以消除线路压降，对传统的下垂控制策略进行改进，进一步抑制无功环流。

最后在MATLAB／Simulink中搭建了3台逆变器并联的微电网模型，仿真实验结果表明，动态虚拟阻抗控制策略可以消除线路阻抗的影响，实现逆变器间无功功率的精确分配，解决多并联逆变器间的环流问题。

关键词：并联逆变器；下垂控制；环流分析；动态虚拟阻抗；无功分配中图分类号：TM464文献标志码：A DOI：10.16081/j.epae.2021010340引言下垂控制技术消除了逆变器并联控制系统对通信线路的依赖，实现了逆变器的“即插即用”。

当逆变器输出阻抗呈感性时，其输出有功功率与频率、无功功率与电压幅值间具有线性解耦关系［1］。

在此条件下，逆变器可根据下垂控制方程自主调节输出功率，实现负荷均分，使微电网能够稳定运行。

孤岛运行模式下，各逆变器按照自身额定容量分配微电网中的负荷，采用下垂控制策略即可通过分散式控制方式实现微电网中负荷的自动分配［2］。

但不同额定容量逆变器间的线路阻抗不匹配会造成微电网中的负荷分配不均问题，从而引发环流现象［3-4］。

环流的存在不仅会影响负荷的均分，降低功率传输效率，而且会造成系统中大量电力电子设备过热损耗，缩短设备寿命使其安全性能降低［5-6］。

阻性并联环流分析及下垂多环控制

阻性并联环流分析及下垂多环控制一、概述阻性并联环流分析及下垂多环控制是电力电子领域中一项重要的研究内容，对于提升逆变器等电力电子设备的并联运行效率与稳定性具有重要意义。

在电力系统中，逆变器并联运行是常见的应用形式，而环流问题则是并联系统面临的主要挑战之一。

阻性并联环流指的是在逆变器并联系统中，由于阻抗不匹配或控制策略不当等原因，导致电流在并联支路之间形成不必要的环流，这不仅影响了系统的效率，还可能对设备造成损害。

下垂控制作为一种有效的并联控制策略，通过调整逆变器的输出电压或电流，实现功率的合理分配和环流的抑制。

传统的下垂控制方法往往存在响应速度慢、精度不高等问题，难以满足现代电力系统对高效率和稳定性的要求。

研究阻性并联环流的成因和特性，以及改进下垂控制策略，对于提升并联系统的性能具有重要意义。

本文首先分析了阻性并联环流的成因和特性，包括阻抗不匹配、控制策略不当等因素对环流的影响。

针对传统下垂控制方法的不足，提出了下垂多环控制策略。

该策略通过引入多个控制环路，实现了对逆变器输出电压和电流的精确控制，从而有效抑制了环流。

通过实验验证了所提控制策略的有效性和优越性。

通过对阻性并联环流的分析及下垂多环控制策略的研究，本文为逆变器并联系统的优化设计和运行提供了理论依据和实践指导，对于提升电力电子设备的并联运行效率和稳定性具有重要的理论和实际意义。

1. 阻性逆变器并联系统的概述阻性逆变器并联系统，作为一种高效且可靠的电力电子系统架构，近年来在分布式电源、不间断电源（UPS）以及可再生能源并网等领域得到了广泛应用。

该系统由多个逆变器模块并联组成，每个模块的输出端通过具有阻抗特性的元件（如电阻）进行串联，从而实现系统的整体输出。

在阻性逆变器并联系统中，各逆变器模块共同承担负载，并通过特定的控制策略实现电流的均分和输出电压的稳定。

这种架构不仅提高了电源系统的容量和可靠性，还有效地抑制了逆变器并联模块之间的环流问题。

逆变器并联系统环流抑制的研究

ｄｅｖｉａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅａｃｔｕａｌｖｅｃｔｏｒａｎｄｔｈｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｖｃｔｅｏｒ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈｔａｔｈｅｐｒｏｐｏｓｄｅｍｅｔｈｏｄ
ａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔｗａｓｃｅａｒｔｅｄｉｎｔｈｅｐａｒａｌｌｅＩｉｎｖｅｒｔｅｒｓｙｓｔｅｍ．１ｔｗａｓｃｒｕｃｉａＩｔｏｄｉｍｉｎｉｓｈｔｈｅｅｆｅｃｔｏｆｎｕｌＩｖｃｔｅｏｒ．ＡｆｔｅｒａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｅｆｅｃｔｏｆｎｕｌｌｖｅｃｔｏｒｉｎＳＶＰ１ＭＭ。ｔｈｅｆｅｅｃｔｆｏｎｕｌＩｖｅｃｔｏｒｏｎａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｃｉｍｕｌａｔｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔ
ｉＳｅｆｅｃｔｉｖｅｉｎｔｈｅｐａｒａｌｌｅｌｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐａｒａｌｌｅｌｉｎｖｅｒｔｅｒ；ｈａｒｍｏｎｉｃ；ＳＶＰＷＭ：ｎｕｌＩｖｃｔｅｏｒ；ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔ

基于虚拟电容的并联逆变器无功环流抑制策略

关键词：并联逆变器；孤岛微电网；无功环流；虚拟电容中图分类号：TM464 文献标识码：A DOI：10.19457/j.1001-2095.dqcd19233
Control Strategy of Reactive Circulating Current Suppression in Parallel Inverters Based on Virtual Capacitance
摘要：微电网离网运行模式下，采用下垂控制的多台逆变器并联运行时，由于各逆变器系统等效阻抗与容量不匹配，使得并联逆变器间产生较大的环流。采用虚拟电容法使系统等效阻抗呈容性，可有效解决有功功率与无功功率的耦合和常规虚拟阻抗法引起的电压跌落问题，并设计了合理的虚拟电容的取值，同时分析了 LC 和 LCL 滤波器对系统高频环流的影响，仿真和实验验证了所提控制策略的可行性。
REN Biying1，2，ZHANG Ruixiang1，SUN Xiangdong1，MA Baohui2，ZHANG Meng1 （1. Department of Automation and Information Engineering，Xi’an University of Technology，
Key words: parallel inverters；islanding micro grid；reactive circulating current；virtual capacitance
随着能源危机、环境污染和气候变化等问题的日益严重，分布式发电以其污染少、能源利用效率高、输配电资源和输电线路损耗小等优势逐渐成为未来电力系统的发展趋势之一［1］。多个以逆变器为接口的分布式电源并入微电网，就构成了多逆变器并联运行环境［2］。
电气传动 2020 年第 50 卷第 3 期

一种基于耦合电感的逆变器并联系统环流抑制方法

模块化设计使系统结构灵活，有利于扩展容量，缩短研制周期和降低成本“’…。在通常的无输出隔离变压器的逆变器并联系统中，各模块输出电压的幅值和相位等参数的较小差别都会在各模块间产生较大的环流，使逆变器各模块不能均分负载。在并联逆变器各模块输出电压端串联环流抑制电感是解决这个问题的一种重要方法“’７］。但是普通电感
基金项目：国家自然科学基金（５０３３７０３（））资助项目；航空科学基金（０１Ｆ５２０３２）资助项目。收稿日期：２００３一０４一０８；修订日期：２００３一０９—２４作者简介：陈良亮，男．博士研究生，１９７５年１２碉生，Ｅ＿ｍａｉｌ：１１ａ“９１１ａ“ｇ—ｎｕａａ＠ｓｉｎａｃｏｍ；肖岚，女，副教授，１９７１年３月生；胡文斌，男，博士研究生，１９７０年５月生；严仰光，男，教授，博士生导师，１９３５年３月生。
万方数据
２０６
南京航空航天大学学报
第３６卷
在抑制环流的同时，电感上的压降降低了并联系统的稳态电压精度。本文提出一种新的利用耦合电感抑制环流的方法，分析了多台逆变器并联时耦合电感的连接方法，研究了逆变器并联系统后接耦合电感和非耦合电感对系统输出电压和环流的影响，最后讨论了耦合电感的设计原则。试验结果证明，耦合电感不但可以很好地抑制环流，而且不影响并联系统的稳态电压精度。
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｕｐｌｅｄｉｎｄｕｃｔｏｒｓ；ｉｎｖｅｒｔｅ。；ｐａｒａｌｌｅＩ；ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔ
随着我国国民经济和信息技术的发展，对电源变换系统（如ｕＰｓ）的容量、性能和可靠性要求越来越高。在电力电子领域，多模块并联实现大容量电源被公认为是电源技术发展的方向“”］。采用逆变器并联控制技术，由多模块并联分担负载，降低功率开关管的电流应力，实现多余度供电，是提高逆变器可靠性的重要方法。此外，逆变器并联系统的

逆变器并联运行零序环流抑制方法的研究 - 副本

逆变器直接并联运行零序环流抑制方法的研究摘要:逆变器并联技术是潮流能发电系统提高可靠性和扩展容量的有效手段之一，逆变器直接并联运行可减小系统体积、降低成本，但并联运行时会产生零序环流。

本文建立了潮流能发电系统中直接并联运行的逆变器在同步旋转坐标系下的状态模型，在此基础上分析了零序环流产生的机理并提出了一种抑制零序环流的方法。

该方法通过调节各并联逆变器SVPWM调制算法中零序电压矢量在每个PWM周期中的作用时间（即调节零序电压平均值）来控制输出零序电流为零，从而达到消除零序环流的目的。

通过建立零序电流闭环控制模型分析并得到了闭环控制稳定运行的约束条件。

实验结果证明该方法能有效抑制零序环流。

关键词：逆变器并联；状态模型；零序环流；潮流能1、引言潮流能是一种清洁无污染、蕴藏量丰富的可再生能源，随着传统矿石能源（煤、石油、天然气等不可再生能源）日益枯竭，世界各国对潮流能的开发利用愈加重视[1,2]。

由于潮流发电装置往往远离海岸，所以对发电装置的可靠性和安装便利程度要求比较高。

逆变器作为潮流能发电系统的重要组成部分，其可靠性直接影响着整个发电系统的可靠性。

逆变器采用并联技术可提高其运行可靠性、易于扩展系统容量、缩短开发周期、便于安装和布局[3-8]。

为了提高系统可靠性和扩展容量，在潮流能发电系统中采用多个逆变器并联运行的拓扑结构。

由于逆变器输入输出并联，可能存在零序电流（即零序环流）通路，如果不采取有效措施抑制零序环流，将影响系统稳定性、降低系统性能[3-8]。

传统抑制零序环流的方法主要有两种[5]，一种是交流输出采用工频隔离变压器[9,10]；另一种是直流输入采用隔离直流电源[11-13]或隔离直流变换器[14]。

但是这两种方法均会增加系统成本、降低系统效率、占用额外空间。

为此，本文逆变器采用共用直流母线且无输出隔离变压器的直接并联结构，拓扑结构如图1所示。

12u图1 两台逆变器直接并联运行的拓扑图直接并联拓扑结构存在零序环流通路，需要采取有效措施抑制零序环流。

逆变电源并联的谐波环流抑制研究

均流问题是逆变电源并联最重要的问题之一，环流、功率分配不均是导致并联失败的主要原因。对于逆变电源并联，如果不对环流加以限制，由于逆变器输出引线的阻抗非常小，每个模块输出的电压相位、幅值和频率等参数不能保证完全相同，因此可能产生很大的环流，导致并联失败，严重的可能烧坏设备。本文基于逆变器系统单个模块和两个并联模块系统，对其基本原理进行分析，采用电压电流双环控制法对逆变器并联系统中谐波环流进行研究，并在此基础上又引入耦合电感，理论分析和仿真研究表明能对谐波环流有良好的抑制效
300
200
度没有影响。
100
４仿真研究
0
−100
为验证理论分析的正确性，在 MATLAB/simulink 环境下
−200
建立单个逆变器仿真电路如图 6 所示[4]。系统参数：L=1 mh， C=10 μF，Udc=220 V。下垂系数：m1=4.2 ×10 －3，k1=0.1，j1= 5.19×10－2，m2=5.3×10－3，k2=1.26×10－2，j 2=1.5×10－3。图中所示单个逆变器的电压电流双环控制仿真，采用传统的 PQ 下垂理论确定给定电压和给定电流，PQout 模块是计算逆变模块的瞬时有功和无功功率，其计算方法如图 7 所示。仿真结果未加入耦合电感时输出电压波形如图 8 所示，在逆变器输出端加上耦合电感之后输出电压波形如图 9 所示。
图５逆变器双环控制结构框图
由图 5K s)V (s)
−
KM [K Cs + K (K + K s)] + LCs + rCs + 1
U (s)
− (6)
制，也无法通过检测谐波环流并在给定电压中加入谐波进行

逆变器并联系统中谐波环流抑制的研究

1 基于谐波扰动的逆变器模型
对于图 1 所示的全桥逆变器，当输出功率较大
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
68
中国电机工程学报
第 26 卷
时，通常将死区设置得较大，如果不采取波形校正技术，其输出正弦波形的失真是相当严重的[7][8]。由于死区效应会随开关频率的提高而增强，因而提高开关频率并不能明显地改善输出波形，通常引入电压瞬时值反馈控制，以获得良好的输出波形[3]。
U o1 ( s)
− Uo2 (s)
=
Ka R(s) ⋅ [Uref1(s) Be ( s)
− Uref 2 (s)]
−
Ue1(s) −Ue2 (s) − (Ls + r) ⋅[Io1(s) − Io2 (s)] (7)
Be (s)
Be (s)
将式(5)和式(6)代入式(7)，并令
∆Ue(s) = [Ue1(s) −Ue2 (s)]/ 2 ∆Uref (s) = [Uref1(s) − Uref2 (s)] / 2 可得环流的表达式
基金项目：国家自然科学基金重点项目(50237020)。 Project Supported by National Natural Science Key Foundation of China（50237020）．
力的比较，发现波形控制效果较好的瞬时值反馈控制，对谐波环流也有较好的抑制作用。仿真与实验验证了上述结论。
第 26 卷第 12 期 2006 年 6 月
文章编号：0258-8013 (2006) 12-0067-06
中国电机工程学报 Proceedings of the CSEE
中图分类号：TM73 文献标识码：A