逆变器的并联运行技术

并联的各模块为带电流内环和电压外环的正弦 渡逆变器，如图４，ＡＣ为公共负载线，ＺＩｈ为输出端导 线阻抗。
半百≯ 守
圈５两逆变器并联向负载供电
上式表明，两模块有功功率的均衡主要取决于功 率角ａｌ和８２的一致性，而无功功率主要取决于逆变 器输出电压有效值ＥＩ和Ｅ２的一致性。令各模块
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Ｖ＝Ｖｏ—ｎ·Ｑ
——————————————————————中—国—电—工——技—术—学——会—电—力——电—子—学—套——第—七—次——奎—国—学—术——舍—设———————————————————～～
逆变器的并联运行技术
南京航空航天大学刑 岩戚惠严仲光赵修抖（南京２１００１６）
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太大减小，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。
（１）一台或多台投人运行时，相互问及与系统的 频率、相位、幅度必须达到一致或小于容许误差时才 能投人，否则可能给电网造成强烈ｊ中击或输出失真。 而且并联工作过程中，各逆变器也必须保持输出一 致，否则。频率的徽弱差异的积累将造成并联系统输 出幅度的周期性变化和波形畸变；相位不同使转出幅 度不稳。
（２）功率的分配包括有功和无功功率的平均分 配，即均流包括有功和无功均流。直流电源的均流技 术不能直接适用。
本相同，Ｕｈ引起的偏差电流ｊ ｄｒ｜，，则滞后Ｕ１、Ｕ２ ９０‘，因此对相位偏差的控制，可以实现对偏差电流有 功分量的控制，使两通道分担的有功功率趋于均衡； 雨对幅值偏差的控制，可以实现对偏差电流无功分量 的控制，使无功功率趋于均衡。
偏差电流可以通过圈２电流检测环ＣＴ ＬＯＯＰ实
现。设通道１、２的电流互感器副边电流分别为，１、
式中。ｏ、Ｖｏ分别为空载时的角频率和有效值，ｍ、ｎ 分别为ｍ和Ｖ的下降率。
下垂特性使各模块的功率流受控。两模块并联 时，下垂特性使系统的频率和电压跌落到新的工作 点，该点环流最小。 ２．２非线性负载的均流
此时。视在功率Ｓ的表达式中又增加丁一项谐 波电流造成的失真功率Ｄ：
Ｓ２＝Ｐ２＋Ｑ２＋Ｄ２ 与基渡无功ห้องสมุดไป่ตู้率不同，只词速逆变器输出电压的 基波分量不会影响失真功率，解决这一问题的方法之 一是作为失真功率的函散调整电压环增益，使电压环
（１）各个逆变器模块的基准信号发生电路之间 通过局部反馈（同步信号）实现基准信号的同步（同 频、同相、同幅），为各模块提供公共的基准信号；
（２）各模块的电压调节器的辕出信号共同作用 生成各模块公共的电流基准。
并联系统突出的结构特点是： （１）电压基准同步环节和电流基准生成环节分
中国电工技术学会电力电子学会第七班奎国学书会议
４热同步并机技术［８］
一种称做“热同步并机”的邀变器件并联技术。已 应用在ＵＰＳ产品中。它不需要在两台ＵＰＳ之间设 置通信信号，在先进的微处理器所提供的数字信号处 理技术的支持下，采用独特的自适应调控技术，每台 ＵＰＳ只需检测自己的输出电压、电流、相位和功率的 变化状态．就能实现同步和均流。其基本原理是：首 先，两台ｕＰＳ的输出电压被调至相同的幅度，参数和 性能的一致性必须很好。在这一前提下．并联工作 时，若其相位略有差异则输出波形处于“超前”状态的 那台，就会承担较大的负载电流。因此，每台ＵＰＳ检 测自己每个周期输出功率的变化情况，当变化量增大 时，说明其相位超前、应略降低输出频率。每次频率 的调节量（步长）是投小的，以确保负载均分的平滑性 和频率精度。它可以做到模块的均流的不平衡度小
法。数据采集与处理，Ｖ０１．１４，№．４１９９９
１０邢岩，严仲光．一种新的并联运行逆变器系统的研究。电 力电子技术，Ｖ０１．３３，Ｎｏ．６．１９９９．１２
作者简介
戚惠硕士研充生，研充方向为电力电子技术
邢岩、严仰光晃另一文
噼一Ｃｏｎｕ＿ｏ【Ｌｅｄ ｍｄ ０且砥一ＣｏａｕｏＵｅｄ ＰＷＭ ｌｎｖ咀瞄妇
ＵＰＳＰａｒａｌｌｄＯｐｅｒａｔｉｏｎ ＩＥＥＥＴｒａｍ．ｏｎＰＥ’Ｖ０１．１０．Ｎ。５，１９９５． ５４７＾一５５８
６叶家盒，赵国蜂。ＰＷＩｖｌ逆变器双机并联运行控莉系统的研 究。电子电子技术．１９９６年第３期 ＇篙伟．陈坚．罾＿ＷＭ遒变器的并联运行。电力电子技术， １．９９７年第３期．３０—３３ ８李成章、智能化ＵＰＳ供电系统原理与维修。北京：电子工 业出版社，９９．３ ９邢岩．严仰光．逆变嚣并联系统中基准信号同步的一种方
这一方法适合开环控制的低频调制逆变器，电流
一
篷彗一
２．１竣性负载的均流
令ＺＥ。为纯感性，由图５，可导＿出模块ｆ（ｉ＝ｌ，２） 的有功功率
Ｐ｜－譬ｓｍｉ
Ｑ；：业掣 无功功率
图２电流检测环
图４并联系统中一个模块的控捌框图
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图３系统控制框田
检测、分解和控制实现电路复杂，调节时同长、精度 低。
８０年代国外就开始研究ＤＣ／ＩＸ；变换器并联运 行技术，现已取得实用性的成果，而新的均流技术、系 统稳定性等方面的研究仍在不断深入。同主电路和 控制电路的研究发展过程一样，逆变器并联运行技术 的研究也是在借鉴ＤＣ／［】ｃ并联技术的基础上不断深 人，但由于其正弦输出，其并联运行远比直流电源困 难，首先要解决三个问题：
２外特性下垂法［４］
出发点类似于直流输出变换器并联均流的下垂 法。模块间没有控制信号连线。它仅以本模块有功 功率、无功功率和失真功率为控制变量，从而使各模 块独立工作。各模块有自己的控制回种，之间唯一的 连接是各模块交流并联功率输出线。均流靠模块内 部输出频率、电压和谐波电压分别随之辖出的有功功 率、无功功率和失真功率呈下垂特性，从而实现同步 和均漉。
缺点是只适用于电流型控镧的逆变器。
参考文献
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３王晨．空速恒频率电源变换器研究【硕士论文３。南京：南
ＰＤＣ的主要功能是监控整个系统的工作状态．并 按各单元的视在功率Ｓｉ为各工作单元分配电流。
该并联系统采用单一电压调节器，ＣＣＰＩ单元无 需同步电路．故系统稳定性好．易于容量扩展；均流效 果好。问题是ＶＣＰＩ、ＯＣＰＩ和ＰＤＣ是不同性质的模 块单元，构成复杂，不能完全实现系统冗余，存在故障 瓶颈现象。
京航空航天大学，１９９＂１ ４ Ａ Ｔｕｌａｄｈａｒ，Ｈ Ｊ／ｎ，Ｔ Ｕｎｇｅｒ．Ｋ Ｍ＾ｕｃｈ ＰａｒａＩＩｄ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ
ｏｆ Ｓｒｌｄｅ Ｐｈａｓｅ Ｉｎｖｅｒｔｅｒ Ｍｏｄｕｌｅｓ Ｗｉｔｈ Ｎｏ Ｃｏｎｍ９］ｌＤｒｄｔｄⅢ艟一
ｔｉｏｍ．Ａ瞰：卯．９４—１００
５ Ｊｈｎ—ｈｈＣｈｉｎ ａｎｄＣＫＩＩｇ—ＬｕｎｇＣｈｕ．ＣａｒｂＯｎａｔｉｏｎＶｏＩ卜
散在各个逆变器模块中．各模块完全等价。 （２）构成并联系统时不用附加额外的控制模块，
通过模块阃的少量信号线（２～３条）实现输出同步和 均流。
（３）理论上可以任意数目模块关联，也可单机运 行。其优良的控制性能体现在：
ｆｉ］关联系统的动、静态性能不低于单模块设计 性能。
［２］各模块电感电漉的均衡程度基本上只取决 于各模块电汽反馈系数的一致性。当电流采样电路 参数安全相同时，理论上各模块控有均流误差。
（３）故障保护。除单机内部故障保护外，当均流 或同步异常时，也要将相应逆变器模块切除。必要时 还要实现不中断转换。
目前，实现逆变器并联运行的几类典型方法有：
１自整步法［１。２。３］
并联系统中各模块是等价的，投有专门的控制模 块。通过模块的均流线实现同步和均流。源于航空 恒速恒频（ＣＳＣＦ）电源的白整步并联技术［２］。其基
如［５］介绍的主从式并联系统，由一个电压控制 ＰＷＭ逆变器（ｖＩ：Ｐ１）单元、数个电流控制ｐＷＭ逆变 器（ｏＣＰＩ）单元（功率单元）和功率分配中心（ＰＤＣ）单 元组成并联系统。并联系统的基本结构如图６，它包
括：
ＣＣＰＩ单元必须具备快速响应性能以跟随所分担 的负载电流，不需要ＰＬＬ实现同步，故可适应ＶＣＰＩ 输出频率的变化。输出电压被看作干扰输人、通过前 馈加以补偿。
ｖＣＰＩ单元通过锁相环（ＰＬＬ）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。
２２８
无主从同步、均流技术【９．１０］
在分析和借鉴逆变器现有关联方法的基础上，我 们研究了一种基于先进的电流型瞬时反馈控制技术 的逆变器并联运行系统的构成方式。其实现要点是：
偏差电压Ｕｄ（＝Ｕｄａ＋‰），从而酸小环流，ｄ（』山十
ｊｈ）（圈１（ａ））。类似ＣＳＣＦ电豫系统，逆变器输出端 一般接有串联电感Ｌ和分流电容Ｃ构成的输出滤波 器，但并联时两通道问的差模阻抗（Ｚ】一Ｚ２）（图ｌ “））只含Ｌ，而Ｃ归人负载阻抗。忽略导线电阻，则
Ｕｄ｜引起的偏差电流Ｊ血，滞后Ｕ＾９０’、与Ｕ１、Ｕ２基
该方案的优点是各模块仅在负载端相连、方便现 场组成并联系统，特别适合于分布式并联系统。缺点 是下垂特性造成系统的频率和电压随负载而变、偏离 理想工作点（虽然理论上偏离可以很小）。文中提供 的仿真和实验结果表明，均流效果不够理想、特别是 动态过程或带非线性负载时。算法实现复杂。
３主从模块法［５，６，７］
２２７
中玛电工技术学喜电力电于学会第七＇次仝国学术会议
的增益和带宽随谐波分量而降低，从而得到所需的输
出阻抗特性。借此降低谐波电压分最．改善各模块对
谐波电流的均流，如图ｌ＿４。
这一方案的关键环节是功率计算单元。算法必 须能处理线性和非线性两种负载情况。算法所需信 息源于电感电流和输出电压，其基本思路是将电感电 流谐波分解，然后咀输出电压与之相乘，从而得到各 个功率分量。
２２６
本原理是
毫㈨ ■
（ｃ）幅度偏差
因ｌ精出电压电流向量
以两路并联为例。当两通道的输出电压略有偏
差时，将会有偏差电压Ｕｄ存在。参考图１．幅度偏差
引起的Ｕ∞与Ｕ１、Ｕ２基本上同相（图ｌ（ｃ）），相位偏 差引起的Ｌｋ与Ｕ１、【，２基本上垂直（超前９０。）（图１ （ｂ）），尽量减小ｕ，、Ｌｋ的幅值和相位偏差将会减小
于２％。
它本质上属于“外特性下垂法”的一种简化形式。 算法实现复杂．对模块参数的一致性要求较高。
图６主从式并联系统
（１）一个ｖＣＰＩ，主控单元，其电压调节器保证系 统输出幅度、频率稳定的正弦电压；
（２）Ｎ个ＣＣＰＩ从单元，设计其具有电流跟随器 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 ＣＣＰｌ单元．且是同步的。
ｊ２，流过采样电阻ＲＩ、Ｒ２的电流分别为ｆＲｌ、Ｉｍ，则 电流检测闭合环路：
，ＲｌＲｌ＋ＩｍＲ２＝（Ｊｌ一，Ｔ）Ｒｌ＋（，２一ＪＴ）Ｒ２＝０ 一般Ｒ】＝Ｒ２
则ＩＴ＝（Ｊｌ＋，２）／２
可见，ｈ体现丁负载电流均值、而ｊ鼬、ｊｍ体现
了电流偏差．将其分离成有功、无功分量．并分别用于 调整电压相位和幅值，如图３，从而实现有功和无功 功率的均衡。