并联逆变器的均流技术

版社， ２０００． ［２］ 陈 道 炼． ＤＣ－ ＡＣ 逆 变 技 术 及 其 应 用［Ｍ］． 北 京 ： 机 械 工 业 出
版社， ２００３．
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４． 主从模块法 主从式并联系统由一个电压控制 ＰＷＭ 逆变器（ＶＣＰＩ） 单元、数个电流控制 ＰＷＭ 逆变器（ＣＣＰｌ）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 ３ 所示，它包括：（１）一个 ＶＣＰＩ 主控单元，其电
图 ４ 基于“民主”主从法的 Ｎ 个逆变器模块并联系统 ＶＣＰＩ 单元通过锁相环（ＰＬＬ）使其正弦输出电压与市电
基于“民主”主从法的 Ｎ 个逆变器模块并联系统如图 ４ 所示。通过硬件开关选择或软件设置，将任一逆变模块 设置为主模块 １ 并控制其输出电压，电压环的输出即为所 有模块的电流给定，从模块 ２～Ｎ 自身的电压环不再起作 用。当主模块故障时，任一从模块可以上升为主模块。这种 主从模块法可实现并联系统的冗余，实现系统的模块化， 提高了系统的可靠性，但模块间仍有通信线。主从控制解 决了单个逆变器故障的问题，但是由于存在主从切换的问 题，其可靠性也就打了一定的折扣。一旦主从切换失败，必 将导致系统的瘫痪。
输出电流为：
（８）
故
（９）
由此可得出输出有功功率和无功功率分别为：
（１０）
由于一般逆变器输出电压 Ｕ１ 和系统电压 Ｕ０ 间的相
位差 很小，即
，
则
（１１）
同理逆变器 ２ 的输出功率为：
（１２）
由式（１１）和（１２）可以看出逆变电源的输出有功主要取 决于功率角，而输出无功功率则主要取决于输出电压幅值 差，即二模块有功功率的均衡取决于输出电压相位 !１、!２ 的一致性，无功功率的均衡主要取决于输出电压 Ｕ１、Ｕ２ 的 一致性。因此，可以通过调节各逆变器的基准电压信号的 幅值和相位就可以实现各逆变器输出的无功功率和有功 功率的均衡，从而达到均流的目的。
图 １ 并联系统简化电路图
（１）
则有
（２）
定义环流为：
若 ｒ１＝ｒ２＝ｒ，且 ｒ＜＜ＲＬ，则式（２）可以简化为：
又由式（１）和（３）可得环流为：
又由于
（５）
由式（４）（ ，５）可知
由式（６）可以看出，逆变器的输出电流由两部分组成，
收稿日期： ２００５－ ０７－ ０４ 作者简介： 周松林（ １９７５－ ） ， 男， 安徽宿松人， 铜陵学院电气工程系讲师， 合肥工业大学在职硕士研究生。
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。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 扰输入，通过前馈加以补偿。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为各工作单元分 配电流。
（１）滤波电容与环流的关系
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》２００５ 年第 ３ 期
（ ａ） Ｃ１＝３５μＦ、Ｃ２＝１０μＦ
（ｂ） Ｌ１＝５ｍＨ、Ｌ２＝１ｍＨ 图 ７ 滤波电感与环流的关系仿真波形 从波形看出：当两组逆变器的滤波电感不同时，两电 感电流因为电流内环的调节而跟随同一给定，在电流调节 器的放大倍数足够大，跟随效果良好时，数值几乎相等。所 以说滤波电感的差异不会在两组逆变器之间形成环流。 （３）电流环检测系数与环流的关系 各并联模块的电感电流跟随同一给定，当电流环检测 系数不同时，电感电流必然不等，从而形成环流。图 ８ 是检 测系数分别为 １ 和 ０．９ 时的电感电流和环流的仿真
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一部分为负载电流分量，一部分为环流分量。负载电流分 量总是平衡的（在输出滤波器参数相同时），但环流分量的 存在使各逆变器输出的总电流不相同。由式（４）看出由于 ｒ 仅仅为线路阻抗，其值非常小，两台逆变电源输出电压矢 量在相位、幅值上有所差异时就会在各电源的输出端形成 较大的电流。这一电流大部分不经过负载而在电源之间形 成环流，环流较大时极易损坏逆变器，必须加以控制。
（ｂ） Ｃ１＝１００μＦ、Ｃ２＝１０μＦ 图 ６ 滤波电容与环流的关系仿真波形 由波形看出：当电容差别较大时，由于电流环的作用 使两电感电流的差几乎为零，另外两逆变器的输出电流的 差（ｉ０１－ ｉ０２）却比较大，这是由于在电感电流相同情况下， 不同的电容分流不同，从而使它们向负载输出的电流也不 同，但这一电流差不会在两逆变器之间形成有危害的环 流。另外还可以看出电感电流中含有部分高次谐波。 （２）滤波电感与环流的关系
５． 共电压调节器并联系统仿真分析 下图是基于主从控制法的共电压调节器逆变器并联 运行的结构图：
图 ５ 共电压调节器逆变器并联运行的结构图
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利用 ｓａｂｅｒ 软件对该系统进行仿真，分析器件参数对 均流效果的影响。仿真数据如下：主电路电源为 ５００Ｖ，输 出电压为 ２２０Ｖ，５０ＨＺ，ＫＶ＝１，ＫＩ＝０．７５， Ｖｒ＝２２０Ｖ，ＫＰ＝１２， 。
中图分类号： ＴＰ２１７
文献标（ ２００５） ０３－ ００５９－ ０３
１． 引言 逆变器并联运行可实现大容量供电和冗余供电，是当 今逆变技术发展的重要方向之一。多台逆变器并联实现扩 容可大大提高系统的灵活性，使电源系统的体积、重量大 为降低，同时其主开关器件的电流应力也可大大减少，从 根本上提高可靠性、降低成本和提高功率密度。由于逆变 电源模块并联运行组成的是交流电源供电系统，各模块输 出为交流信号，因而，它们之间的并联要比直流系统的并 联运行要复杂得多。要实现两台或多台逆变电源的并联运 行，不但要求它们的输出电压的幅值趋于相等，而且要求 输出电压信号的频率与相位严格一致，即： Ｖ１＝Ｖ２ ；ｆ１＝ｆ２ ；φ１＝φ２ 式中：Ｖ１ ，ｆ１， φ１ 分别为运行的逆变电源的输出电压幅 值、频率、相位； Ｖ２， ｆ２， φ２ 分别为待并的逆变电源的输出电压幅值、频 率、相位。 当各逆变电源的输出电压幅值相等、频率相等和相位 一致时电压差为零，并联工作为最理想状态。但是，在实际 的逆变电源并联系统中，由于电路参数的差异和负载的经 常的变化或由于控制系统的固有特性问题，各个逆变电源 之间的输出电压的瞬时值往往不可能完全相等，这样，势 必存在一定的电压差，从而在系统内部形成环流，而环流 对于各逆变电源的功率器件以及输出滤波器有一定的破 坏影响。因而，在逆变电源并联运行系统中，必须分析和解 决电压同步与均流控制问题。 ２． 环流产生原理 逆变电源并联系统中的环流是由于各逆变电源模块 的输出特性之间的差异所形成的。为简便起见，不妨设图 １ 所示的两台并联供电的逆变电源为相同的容量，它们在 静态下的输出电压 、为标准正弦，不考虑波形畸变的影 响，则由图 １ 可知：
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》２００５ 年第 ３ 期
并联逆变器的均流技术
周松林
（ 合肥工业大学， 安徽 合肥 ２３０００９）
摘 要： 逆变器并联运行时由于各模块输出电压的频率、相位等参数不一致， 会在模块间产生环流。本文先分析了逆变器
并联运行时环流产生的原理， 并重点提出了有功、无功功率控制和主从模块法两种均流方案。
关键词： 逆变器并联； 环流； 均流技术； 有功无功控制； 主从控制
３． 有功、无功功率控制 以两台逆变电源模块向同一负载供电为例（如图 ２ 所 示）进行分析，其中 Ｘ 为线路阻抗，Ｕ０ 为并联电网电压。
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。
图 ３ 主从式并联系统
图 ２ 逆变电源并联系统 逆变器 １ 供给负载的复功率为：
图 ８ 电流环检测系数有差时的环流波形 图示的输出电流差约 ２．５Ａ，可见电流环检测系数有 差时产生的环流量很大，即电流检测系数对并联逆变器的 均流性能影响显著。
（ａ） Ｌ１＝３ｍＨ、Ｌ２＝１ｍＨ
参考文献： ［１］ 李 爱 文 ， 张 承 慧． 现 代 逆 变 技 术 及 其 应 用［Ｍ］． 北 京：科 学 出