电压电流双闭环控制逆变器并联系统的建模和环流特性分析

(5)
假设 两 台 逆变器 只 有基准正弦电压不同 电路 参数 相同 ( K X 1 = K X 2 = K X ) 式 5 简化 为 I H ( s ) = ( SK P + K I ) K [U ref2 ( s ) − U ref1 ( s ) ] 2 s 取两 台 逆变器基准电压为
6
uref1 (t ) = (3.22 + du ) cos(ω t + dϕ ) uref2 (t ) = 3.22 cos(ω t )
出的有功功率之差主要取决于输出电压的相位差 输出的无功功率之差主要取决于输出电压的幅值 差 因此 通过改变各逆变模块输出电压幅值来控 通过改变输出电压相 但文献 [5]提出了 输出 到 制各模块输出无功功率平衡 完全相反的研究结果
u vf 为反馈电压
压反馈系 数 KP K I 为 PI 调节器的比 例 和积分系 数 i ref 为电流 给 定 数 iL 为电感电流 K 为电流环 放 大 倍 Go 为输出滤波电 容 C f 与负载并联的 传递函数
Xiao Lan 1 1 2 Abstract Zhejiang University Li Rui 2 Nanjing China 210016 China 310027 Nanjing University of Aeronautics & Astronautics Hangzhou
Traditional power difference based paralleling control technology of inverters is evolved
[U ref2 ( s) K vf1 − U ref1 ( s) K vf2 ] K1 K 2 ( K P1 +
K I1 K )( K P2 + I2 )Go1Go2 s s K K Go1 + Go2 + Go1Go2 ( K P1 + I1 ) K vf1 K1 + ( K P2 + I2 ) K vf2 K 2 s s 其余
垂法以牺牲输出电压精度为代价 均流法增加了系统的体积和重量 以实现并联系统冗余工作 逆变器并联控制策略 机并网理论演变而来
外加限流电感 相比较而言
基于有功和无功功率差调节基准电压的控制策略可 是目前广泛研究采用的 该方法由电力系统中同步电 因为并联系统中各逆变器输
变器输出电压 u o1 和 u o2 相等 因为两 台 逆变器电路 因此环流 必 定 存 在 以 处 于并联工作时的电压电流双闭环控制逆变器单 模块系统电路模型 如图 2 所示 因素 部分 与单 独 工作的逆变器相比 u ref 为基准正弦波 该模型考虑了环流 多了 虚线框所示 K vf 为电
位来控制各模块均分有功功率 [1]
并联系统中各逆变器输出的
有功功率之差主要取决于输出电压的幅值差 的无功功率之差主要取决于输出电压的相位差 底哪种结论是正确的 用于不同的电路结构 型
ω 为输出 角频 率
或者不同的并联控制方法适 为此本文建立了考虑环流因 相
图 1 两 台 逆变器并联系统等效输出模型 Fig.1 Equivalent output model of two inverter paralleling system
万方数据
第 21 卷第 2 期
肖
岚等
电压电流双闭环控制逆变器并联系统的建模和环流特性分析
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由式
4
可推导 得 两 台 逆变器并联系统的环流 表达式 K I2 K ) K 2 Go2 − U ref1 ( s)( K P1 + I1 ) K1Go1 s s I H (s) = + K I1 K Go1 + Go2 + Go1Go2 ( K P1 + ) K vf1 K1 + ( K P2 + I2 ) K vf2 K 2 s s U ref2 ( s)( K P2 +
i o1 流
i o2 分 别 为两 台 逆变器的输出电流 ! 定 义 环流 I
H
io 为负载电
心的 UPS 系统的需求越来越大 对于逆变器并联系统来说 联模块均分有功和无功负载 共的均流控制器 模块之分
[2] [1]
! = I ! −I ! I H o1 o2 2
(1)
主从控Hale Waihona Puke Baidu法因为有主模块和从
[3] [4]
建立基于等效输出阻抗和求解微分方程的环
流特性分析方法 给出了逆变器输出有功环流和无功环流与输出电压幅值和相位之间的定量关系 仿真结果证实有功和无功环流均受输出电压幅值和相位影响 输出阻抗 建模 实验结果证明所提控制方案有较好的均流效果 中图分类号
Modeling and Circulating-Current Characteristics Analysis of Voltage and Current Double Closed-Loop Controlled Inverter Paralleling System
逆变器输出电压为 U o ( s) =
[U ref (s )( K P + K I
有
s ) K ± I H ( s )]Go
电流在正负 滞 环 宽 度 范围内 跟踪 给 定电流变 化 当 逆变器的 开 关 频 率 远 大于输出电压 频 率 fo 较低时 电流 内 环可以等效为 一个受 控 放 大器 u o1∠ ϕ 1
国家自然科学基金资助项目 目 01F52032 收稿日期 2005 - 02 - 18
50337030
航空科学基金资助项
改稿日期 2005 - 07 - 05
万方数据
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电 工 技 术 学 报
2006 年 2 月
1
引言
随着科技的发展 很多领域对于以逆变器为核 要求也越来越高 稳定运行的关键是各并 集中控制法因为有公 外特性下
from the grid-connection theory of the synchronous generators in utility system, in which the sharing of the active and reactive power in each module is controlled and balanced by adjusting the phase and amplitude of the output voltage respectively. When used in paralleling inverters which adopt voltage and current double closed-loop control strategy, this method however, results in relatively large control error. This paper establishes the circuit model of the voltage and current double closed-loop controlled inverter with the consideration of the circulating-current. The active and reactive power’s relationship with the amplitude and phase of the output voltage is deduced from the transfer function. The circulating-current characteristic analysis method is established based on equivalent output impedance model and differential equations calculation. The quantitative relationship between the output power and the output voltage is given, and the corresponding paralleling control technology is proposed. The simulation result verifies that both the active and reactive power are affected by the amplitude and the phase of the output voltage. Experimental results verify that the proposed control scheme has good load-sharing effect. Keywords Parallel, inverter, circulating current, output impedance, modeling
素的电压电流双环控制逆变器单模块系统电路模 在此基础上分析了并联系统输出电压幅值 无功功率之间的关系 位与输出有功 值 应用等效输
出阻抗和求解微分方程两种方法推导出输出电压幅 相位与输出有功 无功功率之间的定量关系 并进行了仿真和实验验证
2
成
双闭环控制并联逆变器的建模分析
单相半桥逆变器由逆变桥和 LC 输出滤波器构 采用输出电压瞬时值和滤波电感电流瞬时值双 PI 调节器的输出作为 控制电感
2006 年 2 月 第 21 卷第 2 期
电 工 技 术 学 报
TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY
Vol.21 Feb.
No.2 2006
电压电流双闭环控制逆变器并联系统的 建模和环流特性分析
肖
1 南京航空航天大学自动化学院 摘要 南京
岚
1
1 + ( K P + K I s ) K vf KGo
(3)
且 fo
[6]
要让两台逆变器在参数不一致时输出电压相 等 即 u o1 = u o2
图 1 为两 台 逆变器构成的并联系统等效输出模型 其 中 u o 是并联 交 流 母线 电压 u o2 ∠ ϕ2 分 别 为两 台 逆变器的输出电压 Z1 和 Z 2 分 别 为两 台 逆变 器与 交 流 母线 之间的 线 路阻抗 Z o 为并联系统负载
均无法实现系统冗余工作
由 图 1 可以 得 到 ! =I ! 2+ I ! I o1 o H (2) ! ! 2−I ! I = I o H o2 所 以 对于由两 台 逆变器构成的并联系统 一 台 逆变器 承担一 半的负载电流加环流量 变器 承担一 半的负载电流 减 环流量 器和并联 交 流 母线 之间的 线 路阻抗 参数 不可 避免地存 在 误 差 另一台 逆 如 果 忽 略逆变 可 认 为两 台 逆 所
李
2
睿
2
210016
浙江大学电气工程学院
杭州
310027
传统的基于功率差的逆变器并联控制方法是由电力系统中同步电机并网理论演变而 本文建
来 通过分别改变各并联模块输出电压的幅值和相位来分别控制各模块输出无功和有功功率平衡 但该并联均流方案应用于电压电流双闭环反馈控制逆变器并联系统时有较大的控制误差 立了考虑环流因素的电压电流双环控制逆变器闭环系统电路模型 有功环流和无功环流与输出电压幅值和相位的关系 提出了相应的并联均流控制方案 关键词 并联 逆变器 环流 TM464 依据传递函数推导出并联系统
[5]
图2 Fig.2
并联工作的双闭环控制逆变器单模块电路模型 Circuit model of double closed-loop controlled inverter module in paralleling system
闭环反馈控制策略 电压外环采用 PI 调节器 控制 输出电压跟踪基准正弦电压 电流 给 定 电流 内 环采用 滞 环控制方 式
[U ref1 ( s )( K P1 + K I1
s ) K1 + I H ( s ) ]Go1 s ) K 2 − I H ( s ) ]Go2
(4)
[U ref2 ( s)( K P2 + K I2 =
1 + ( K P1 + K I1 s ) K vf1 K1Go1
1 + ( K P2 + K I2 s ) K vf2 K 2 Go2