浅析逆变器并联控制策略

浅析逆变器并联控制策略

摘要：逆变器并联的关键在于负载功率的分配。若负载功率不均分，将会导致部分工作模块过载，甚至损坏功率器件，造成系统的不稳定。在实际系统中，逆变器多为电压型，而且电流量易于检测，因此并联方案多为基于电流均分控制，即有效抑制逆变器之间的环流。

关键字：辅助逆变器；并联；控制

早期的逆变器并联采用在输出端串联电感的方法来抑制环流，要想达到较好的环流抑制效果，需要使用较大的电感，从而导致逆变器的体积重量增加，同时输出串联电感上的存在较大的电压降，降低了逆变器的输出精度。对于车辆辅助逆变器并联系统，各逆变器模块之间距离较远，也没有足够的空间放置环流抑制电感，因此这种环流抑制方法在辅助逆变器并联系统中是不可取的。目前逆变器的并联控制方式主要有：集中控制方式、主从控制方式、分布逻辑控制方式。

一、集中控制方式

集中控制方式是较早应用的并联控制方式，其基本控制框图如图4．1所示。集中控制方式设置了专门的公共模块，进行同步及均流控制。该模块发出同步信号，其他模块通过检测该同步信号，控制输出电压的频率、相位，实现模块间输出电压的同步。同时，通过公共模块检测总的输出电流及并联模块数，确定各模块的输出电流基准，各逆变器控制器根据该电流基准值与检测到的实际输出电流值进行比较，通过动态调节逆变器输出电压幅值消除电流基准值与实际值之间的偏差，以达到各逆变器输出均流的目的。

若应用于辅助逆变器并联控制系统，集中控制方式有如下优点：

(1)结构简单。各逆变模块只与公共模块之间有连线，逆变模块之间没有连线。在原有系统的基础上很容易扩充新的逆变模块。

(2)控制简单。公共模块只需要向各逆变模块发送相同的同步信号以及电流基准即可由各逆变器的控制器实现负载电流的均分。

(3)均流效果较好。因集中控制方式的结构和控制方法都很简单，该方式均流效果较好。

同时，集中控制方式也有如下缺点：

(1)可靠性不高。由于车辆上电磁干扰较大，公共模块较容易受到干扰。一旦公共模块出现故障，整个并联系统都不能正常运行。

(2)安装不方便。由于车辆结构的特殊要求，很难确定公共模块的位置。

(3)各辅助负载分散地接在并联母线上，很难检测到总的负载电流。因此，公共模块不易得到基准电流。

(4)各逆变器控制器需要锁相环电路(PLL)实现与同步信号的同步，但PLL动态性能较差，这影响了相位同步的精度。

二、主从控制方式

为了避免集中摔制方式中公共模块故障而引起系统的崩溃，有学者提出了一种主从并联。与集中控制方式类似，主从控制方式也需要一个主控制单元提供基准信号。不同的是主从控制方式不需要专门的公共模块，而以主模块代替，主模块为其它从模块提供基准的同时，本身也输出电压。主从控制方式的示意图如图4．2所示。

由图4-2，主控制器向从控制器提供电压基准，包括幅值信号和相位同步信号。同时，主控制器检测主逆变器的输出电流值并接收从控制器发送的输出电流值，通过计算平均值可获得电流基准值。主控制器将电流基准值发送给从控制器，从控制器根据该值在电压幅值基础上动态调节从逆变器输出电压幅值，进而调节从逆变器输出电流，实现均流。

有的主从控制方式将主模块设计为电压型逆变器，将从模块设计为电流型逆变器，这样虽然从模块可以很好地控制输出电流，实现静态均流，但从模块的输出电压不易控制，而辅助逆变器首先要求的是输出电压满足要求。且这样设计使主模块和从模块主电路结构就有很大区别，与并联系统一化的设计要求矛盾。因此，对于辅助逆变器并联系统，只考虑主从模块均为电压型逆变器的主从控制方式。

应用于辅助逆变器并联控制系统，主从控制方式有如下优点：

(1)控制简单。主模块向从模块提供电压、电流基准，从模块跟随主模块所提供的基准。

(2)易于扩展。与分散控制方式相比，主从控制方式模块之问互连线较少。从模块之间没有瓦连线，从模块只和主模块有联系。若在并联系统中扩展新的模块，只需要将新模块和主模块之问建立连接即可。

(3)主模块与从模块主电路设计相同。主从模块易于互相替代，基本实现了模块化设计。

同时，主从控制方式应用于辅助逆变器并联系统中有如下不足：

(1)并联系统过分依赖主模块。主模块在整个系统中起到了绝对主导作用，若主控制器出现故障，整个系统将无法正常运行，降低了系统运行的可靠性。当然，在主控制器出现故障后选取一个备用模块作为主模块，继续向其它模块提供基准电压、电流，可解决这一问题，提高系统可靠性。

(2)主模块和其他模块之间互连线较多，容易受到干扰。

三、分散控制方式

为了实现逆变电源的真正冗余，即并联系统中的每一台逆变器的运行都不依赖于其余的逆变器，提出了一种分散式并联控制方式。与集中控制方式和主从控制方式不同，分散控制方式不需要公共模块，各逆变模块之间地位是平等的。各并联模块通过模块间的互连线交换各种有用信息，包括并联模块的输出电压、电流值，有功、无功分量，相位、频率同步信号等。通过接收其他逆变器模块的有用信息，各模块调整各自输出电压的幅值及相位，实现输出均流。

典型的分散控制方式的示意图如图4．3所示。

在图4-3中，各逆变器模块向其他逆变器模块发送电压基准信号。通过接收这些基准信号，并进行一定规则的运算，各控制器产生公共的相位同步信号和幅值基准值，控制各自的逆变器输出。同时，各逆变器模块检测各自的输出电流，并通过互连线发送给其他模块。通过比较这些输出电流量，各逆变器的控制器产生一个平均电流基准值，根据此基准值，控制器调整输出电流值，以达到输出均流的目的。

应用于辅助逆变器并联控制系统，分散控制方式有如下优点：

(1)可靠性较高。因为并联系统中各逆变模块的地位均等，真正实现了冗余并联，并联系统不会因为任何逆变模块的故障而停机。

(2)安装较方便。因为没有公共模块，很容易在车厢内确定各逆变模块的位置，同时，各模块之间可以方便地调整位置。

(3)彻底实现了模块化。并联系统中各模块的主电路、控制电路、软件的设计都完全相同，模块之间可相互替代。

但同时，分散控制方式也有以下缺点：