不同容量逆变器并联技术研究开题报告

不同容量逆变器并联技术研究开题报告

一、文献综述

1 国内外研究现状

早在 20 世纪 70 年代，就有学者提出将逆变器进行并联运行，并且开始对逆变器并联控制技术研究进行研究。到上世纪 90 年代中期，一些发达国家已经将并联逆变器投入生产，并投入实用。如日本的梅兰日兰公司、三菱公司、东芝公司，美国的 APC 公司、Libert公司，德国的西门子公司等[3]。

在我国，对于逆变器并联技术和逆变器模块化生产的研究起始于上世纪 90年代，相对于世界发达国家起步较晚。目前，主要是一些高校对这一领域进行了相关的研究。例如国内比较知名的西安交通大学、华中科技大学、南京航空航天大学、浙江大学等。这些高校对于逆变器并联技术方面的研究在国内处于领先地位。与此同时，意识到并联逆变器的重要性，国内其他一些高校也先后加入了这一研究领域。但是由于起步较晚，大多数高校在这个领域的研究都还处于试验阶段。国内一些致力于电源研究和生产的企业，如台达、埃默森、华为等，在这方面也做了大量的工作，并且也有企业生产出了相关的产品。但其性能有待于实践检验[3]、[4]。

1.1 逆变器独立运行控制技术

逆变器因调制带来了谐波，滤波器在消除谐波的同时也带来了系统的过渡过程与稳定性问题。因此，系统需要调节器来实现其所需的稳态性能与动态性能，调节器的实现方式有以下控制方式。

1.1.1 PID控制

在实际工程中，应用最为广泛的调节控制为比例积分微分控制，即PID控制，PID控制结构简单、稳定性好，工作可靠、调整方便[6]。其传递函数为

PID控制通过调节、、这3个参数来起作用的。这3个参数取值的不同，其比例、积分、微分的作用强弱就不同。对于P调节器，随着值的加大，闭环系统的超调量加大，系统响应速度加快。若超过一定值，则系统变得不稳定。对于PI调节器，随着值的加大，闭环系统的超调减小，系统响应速度略微变慢。对于PID调节器，由于微分环节的作用，在曲线的起始上升段呈现尖锐的波峰，之后曲线也呈衰减震荡。随着值的加大，闭环系统的超调量增大，但经过曲线尖锐的起始上升段后响应速度有所变慢。

1.1.2 谐振控制

由于PI控制器在跟踪正弦信号时会出现稳态误差，比例谐振控制可以对某一固定频率的正弦指令信号实现无静差跟踪，并可以有针对性地消除某些频率的谐

波，显著提高电流质量[6]。理想的PR调节器的传递函数为[7]、[9]

ω

在实际系统中，理想的PR控制器很难实现，因此经常使用如下准PR控制形式：

ω

ωω

比例谐振控制是多阶系统，特别是多频率谐振，系统的阶数迅速增加，控制环的设计变得非常复杂。在这种情况下，文献[7]提出了一种基于根轨迹理论的PR 调节器设计方法，该方法根据系统根轨迹的变化选定合适的PR 参数，从而保证系统稳定，并提供较好的动态性能。文献[8]叠加入5、7、11次谐波补偿，使系统得到了良好的运行效果。

1.1.3 重复控制

重复控制是针对周期性扰动而提出的一种控制策略，以其相对简单的结构、高精度的控制效果，广泛应用于包含周期信号的控制场合，如机械手轨迹控制、光盘驱动器、卫星姿态校正的伺服机构等[10]。

重复控制是一种基于内模原理的控制方式，所谓内模，是指在稳定的闭环控制系统中包含外部输入信号的数学模型[6]。重复控制系统中，加到被控对象的输入信号除偏差信号外，还叠加了上一采样周期该时刻的偏差，偏差信号被重复利用，经过几个周期后，能够实现输出信号很好地跟踪给定信号[12]。

实际应用中，重复控制都以数字形式实现，其框图如图1所示。

图1 重复控制基本原理框图

由图1可得系统的闭环传递函数为

则系统的稳定条件为

但是在一般情况下，控制系统难以在整个频段内满足上式，因此，必须对控制器加以改进，一般的改进方法如图2所示。

图2 改进型重复控制系统原理框图

此时系统稳定条件变为

文献[11]提出重复控制并联谐振控制的方法，解决了重复控制的反应速度慢，特定频率谐波滤除效果差的问题。文献[13]利用鲁棒控制思想，在重复控制的延时环节中引入零相位低通滤波器，避免了低通滤波器的相位滞后对控制器稳定性的影响。借助于免疫系统反馈思想，设计出以误差和误差变化率为变量的非线性激励函数和抑制函数，并通过免疫反馈控制确保系统的稳定性和动态性能。最后构建了一种基于线性超前相位补偿和二阶Butterworth 低通滤波器的补偿环节，使补偿环节的设计不依赖于精确的控制对象模型，并通过低通滤波器抑制未建模误差和高频干扰对控制器性能的影响。

1.1.4 无差拍控制

无差拍控制是通过调整一个周期内的方波脉冲宽度和极性，使输出信号与下一个采样时刻的信号值相同[6]。无差拍控制最突出的优点是可以很好地改善被控对象的动态特性，使被控对象的动态响应快、动态性能变得极佳[14]。但该算法对被控制对象的模型依赖大，需要提供一个被控对象精确的数学模型，且其带负载能力差，此外，无差拍控制的性能随开关频率的升高而升高，对一般使用的10kHz 的开关频率无明显作用[12]。

1.1.5 单周期控制和定频积分控制

单周控制是一种非线性控制技术，它通过控制开关的占空比，使每个开关周期中开关变量的平均值严格等于或正比于控制参考量[6]。其基本原理图如图3所示。

图3 单周控制基本原理图

其工作原理为：0时刻，脉冲触发控制器，k1闭合，k2断开，此时

x(t)=y(t)，积分器积分,则值增大，直到，比较器翻转，触发控制器，使k1断开，k2闭合，此时y(t)=0，电容放电，积分器开始复位，的值开始减小。到下一时刻，时钟信号脉冲触发控制器，如此循环。

一个周期内，各参考量之间的关系为

则可以得到输出信号y(t)在一个周期内的平均值与参考信号的

关系为：

由此可见，单周控制的输出完全抑制了输入的干扰，与给定信号成比例，具有良好的抗扰动性与跟随性。

定频积分控制源于单周控制，其具备单周控制的特点。另外，定频积

分控制引入了输出反馈的PI控制，克服了单周控制职能工作于电流连续状态的缺点[6]。

1.1.6 智能控制

智能控制主要包括模糊控制、滑模变结构控制和神经网络控制。一个设计良好的智能控制，其最大的特点是鲁棒性强，可靠性高。其缺点是设计复杂，实现较难[12]。

1.2 逆变器并联运行控制技术

逆变器并联的控制目的是实现各台逆变器输出电压的频率、幅值和相位一致，并均分或按容量比例分配负载电流。按照有无控制信号线连接，逆变器并联控制可分为有连线并联控制方式和无互联线并联控制方式。有连线控制方式又分为集中控制、主从控制、3C环控制和分散逻辑控制，这些控制方法的共同特点就是各逆变单元通过控制信号线上的连接得到其它逆变单元的信息，只是实现的形式和所得对方单元的信息(电流、功率或者其它相关信息)不同而已；无互联线控制方法由于逆变器之间没有信号线的联接，无信息交换，所以只能利用并联逆变器之间的隐含关系来实现负载电流的分配。

1.2.1 有互联线控制

1.2.1.1 集中控制

集中控制方式是在并联逆变器研究初期所使用的一种并联策略[14]。用该方