基于平均功率控制的中频逆变器主从并联系统研究

在航空航天等特殊应用领域里通常需要电源系统提供高质量、高可靠性的400 Hz中频交流电源输出,而逆变器的并联控制技术可实现冗余供电和大容量供电,是当今逆变电源发展的重要方向之一。首先,对逆变器主从并联系统的整体结构进行分析和设计以实现良好的信号传输和冗余控制;其次,针对单台中频逆变器模块,采用了基本PR控制器的电压电流双闭环控制策略以改善其输出特性;随后,对基于平均功率控制策略的逆变器主从并联系统进行系统分析,并在从机控制系统里引入虚拟阻抗以改善其输出特性;最后,通过仿真和实验验证逆变器并联系统结构和控制策略的可行性。     

基于PR控制和平均功率控制的中频逆变器并联系统研究

中频逆变器作为交流供电系统的组成部分,广泛地运用在航空、船舶和机车等领域,而逆变器的并联控制技术可实现冗余供电和大容量供电,是当今逆变电源发展的重要方向之一。首先针对中频逆变器的特点,采用了负载电流前馈的双闭环PR控制策略以改善其输出特性;随后针对两台逆变器组成的并联系统进行了建模分析,采用基于平均有功和无功功率控制的有线并联控制策略,并引入虚拟阻抗以提高并联系统的可靠性与均流特性。最后通过仿真和实验验证了单机与并联系统控制策略的可行性。     

电压电流双闭环反馈逆变器并联控制

对电压电流双闭环反馈控制单相逆变器的输出特性进行了研究,给出了单相逆变器并联系统的等效模型,分析了并联系统中电流环流与逆变器基准信号幅值和相位的关系,并在此基础上提出了一种通过对逆变器输出电流进行有功、无功分解,然后对基准信号的幅值和相位进行解耦控制的逆变器并联控制策略.针对单相逆变器的有功、无功电流分解问题,通过构造三相对称电流,运用瞬时无功理论对输出电流进行有功、无功分解,从而得到输出有功电流、无功电流并给出电流分解的实现框图.基于上述原理研制了实验样机,实现了2台2 kV·A逆变器的并联运行控制,实验结果验证了所提出方法的可行性和有效性.     

逆变器单元用LCL滤波器的并联系统性能分析

由于各并联单元之间的参数差异,逆变器并联系统存在环流,其中的高频环流由于其频率超出系统的控制带宽,难以通过控制的方式进行抑制。本文分析了高频环流存在的原因,提出将并联逆变单元的LC滤波器改变为LCL滤波器。比较了LC滤波器和LCL滤波器的阻抗特性,分析了采用LC滤波器和LCL滤波器的逆变器的闭环输出特性,指出经过适当的参数设计可以使得这二种逆变器的等效输出阻抗在低频段相近而在高频段呈现很大差异。并联系统在采用了LCL滤波器的逆变器作为并联单元后,可以利用其高频高输出阻抗很好地抑制高频环流,同时可以保持较硬的输出电压外特性。仿真和实验都验证了该方法的有效性。     

基于可控等效输出阻抗的微网逆变器并联特性研究

针对低压微网中采用传统下垂控制的并联逆变器功率均分效果差以及母线电压和频率偏移问题,分析了并联逆变器的环流和功率输出特性,提出一种基于可控等效输出阻抗的微网逆变器并联控制策略。该策略实现了逆变器等效输出阻抗的精确可控,且具有虚拟同步发电机的基本特性,逆变器等效电压源的频率和相位能够实现自同步功能,在不需要功率环的情况下间接实现了并联逆变器功率均分且具有环流抑制能力。通过设计电压二次调节控制,消除了微网母线电压和频率的偏移问题。仿真结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

模块化UPS采用虚拟阻抗的瞬时均流控制方法

多逆变器并联系统中大多采用基于相量的均流控制策略,这种均流方式由于精度低,且缺乏对瞬时环流冲击的抑制能力,已逐渐被瞬时均流方式所取代。针对逆变器并联系统建立瞬时环流模型,提出一种在瞬时环流的反馈通路中引入虚拟阻抗的瞬时均流方法。通过合理配置该虚拟阻抗值可获得简洁的动态环流调节方程,从而实现良好的瞬时均流调节特性。分析表明,引入虚拟阻抗的瞬时均流方法具有很好的均流效果,且虚拟阻抗的引入并不影响并联系统的稳定性及输出特性。仿真与实验结果验证了所提出方法的优越性。     

基于多智能体的三相逆变器并联系统功率灵活分配

传统方法实现的逆变器并联系统功率分配比例系数都是固定不变的,并不能很好地实现逆变器并联系统的智能化。因此从逆变器并联系统功率灵活分配的性能要求出发,将多智能体技术引入到三相逆变器并联系统中。首先,基于dq0坐标系下三相逆变器输出阻抗的分析,对系统功率加权平均的控制技术进行了研究;接着,根据多智能体系统的主要特征,分析将多智能体技术应用于分布式三相逆变器并联系统的原因和优势。然后,对基于多智能体技术的三相逆变器并联系统功率灵活分配工作原理进行了详细的分析;实验表明多智能体技术能够很好地实现三相逆变器并联系统功率分配的灵活性和自主性。     

三相逆变器并联系统的无互连线预测控制

对于三相逆变器并联系统,下垂控制是一种有效的控制算法,它可以确保各并联逆变器对系统负载功率的均分,并具有无互连线分布式控制的优点。而对于三相电压型逆变器,新兴的有限控制集模型预测控制算法(finite control set model predictive control,FCS-MPC)具有系统动态响应快、处理系统约束灵活等优势。将逆变器并联系统的下垂控制与三相电压型逆变器的模型预测控制结合起来,由下垂控制器提供模型预测控制器的参考电压信号,以并联逆变器输出电压对参考电压的跟踪误差构建模型预测控制器的优化性能函数,实现了三相电压型逆变器并联系统的无互连线模型预测控制。仿真及实验结果表明:所构建的无互连线模型预测控制器在三相电压型逆变器并联系统由空载投入负载、负载突变及某一并联逆变器切除等工况下均能有效运行,且与传统的逆变器并联系统三环控制器相比,显著地改善了三相逆变器并联系统的均流性能。     

浅谈不停电系统逆变电源的并联控制方案

从理论上详细分析了逆变器并联运行的原理和特性,指出逆变电源并联系统环流产生的原因是由于各逆变电源模块的输出特性之间的差异所形成,为消除环流提出了有功无功控制、主从模块控制和分散逻辑控制等方法,并给出了各控制方法的具体方案。结果表明,各方法均流效果好,控制策略可行,有各自独特的优点和适用场合。     

不平衡工况下基于虚拟阻抗法的并联三相四桥臂逆变器的桥臂控制

不平衡工况下,三相四桥臂逆变器并联系统不仅可以输出平衡的三相电压波形,而且还可以拓展系统的容量。与传统的三桥臂逆变器并联系统相比,三相四桥臂逆变器并联系统需要对正序、负序和零序电流进行控制,因此三相四桥臂逆变器的并联控制系统更为复杂。该文对三相四桥臂逆变器并联运行时,各序电流的分配进行了分析。为了使逆变器输出的正序、负序和零序电流能够按并联逆变器的容量分配,提出了正序电流使用下垂控制、负序电流与第四桥臂电流使用虚拟阻抗法分别控制正序、负序和零序电流的分配,并且对三相四桥臂逆变器的前三桥臂与第四桥臂分别进行控制,最终在不平衡工况下使并联三相四桥臂逆变器系统输出电压平衡且输出电流和输出功率按并联逆变器的容量分配,减小系统的环流。仿真和实验验证了该方法的有效性。     

一种改进的分布式逆变器并联控制策略

逆变器的冗余并联控制技术是实现交流供电系统高可靠性的关键。逆变器并联的控制方法有很多种,主从法必须依赖主模块工作,没有实现真正的冗余控制;频率电压外特性下垂法存在输出外特性较差等不足。基于平均电流控制的分布式并联控制策略易于实现逆变器的冗余及热插拔,但其存在输出外特性软的缺点,该文在该控制策略的基础上加上了负载电流前馈控制技术,以提高输出外特性,同时保留了原控制方案的输出限流功能和均流效果不变。论文分析比较了加负载电流前馈技术前后的输出外特性及环流特性,并研制了一台样机,进行了实验验证。     

逆变器无线并联虚拟阻抗分析

逆变器无线并联提高了分布式供电系统的可靠性和灵活性,其控制原理为PQ下垂法。传统PQ下垂法基于逆变器并联理想等效模型,各逆变模块参数完全一致,而实际系统中由于器件参数与输出线路阻抗不一致,导致各模块等效输出阻抗不同,造成模块间环流。在系统中加入自校正虚拟阻抗,校正输出阻抗特性,进一步满足等效内阻抗与下垂控制策略间耦合控制关系,进而减小模块间环流。仿真结果证实加入虚拟阻抗后,系统具有良好的均流性能。     

一种微电网多逆变器并联运行控制策略

在微电网多逆变器并联系统中,由于逆变器的输出阻抗以及与公共连接点的线路阻抗存在差异,应用传统下垂控制法会导致逆变器间的环流较大及功率均分精度较低。在分析多逆变器并联系统中传统下垂控制法及逆变器输出阻抗对系统性能的影响基础上,通过引入感性虚拟阻抗,提出一种适合微网多逆变器并联的电压电流双环下垂控制策略。虚拟阻抗的引入使输出阻抗仅由滤波电感值决定,减少了逆变器输出电阻的影响;考虑线路阻抗的影响,提出一种新型改进下垂控制算法,通过对下垂系数进行修正,减弱了线路阻抗差异对并联均流的影响,提高了多逆变器并联性能。仿真与实验结果表明了该控制策略的正确性和有效性。     

400Hz中频单相电压源逆变器的输出控制及其并联运行控制

中频电源由于其较高的输出频率，要想得到较好的输出电压波形和较大的输出功率，则比工频逆变器的控制更加困难。针对400Hz中频逆变器的特点，给出了一种带幅值环的双闭环单相逆变器控制策略，得到了很好输出波形。并提出了一种介于有线和无线并联控制方法之间的共享同步信号的外特性下垂控制方法，以及用于消除直流环流的直流偏置电压下垂方法，将上述方法应用于中频逆变电源的并联运行控制，取得了很好的均流效果。介绍了该方案的理论依据，并搭建了两台1.5kW的实验样机，实验结果证明了该方案的有效性。     

共直流母线并网逆变器并联系统运行方式

为使共直流母线并网逆变器并联系统(GIPS)实现理想无环流运行状态,各并联单元输出的脉宽调制电压波形需要保持一致,也就是各并联单元驱动信号需保持同步。借助并联系统各单元驱动信号的同步约束规律,可容易将被提出的H桥死区消除正弦脉宽调制应用于共直流母线GIPS,从而避免死区效应对并网电流的影响。由数字信号处理器与现场可编程门阵列结合的数字控制系统易于实现所提出的并联运行方式。实验结果验证了所提控制方法的运行特点与有效性,GIPS基本能够实现无环流运行状态并且在整个运行阶段无需设置死区时间。     

基于双重二阶广义积分虚拟阻抗的并联逆变器控制

虚拟阻抗控制在并联逆变器控制中得到了广泛应用,但是会带来电压降落的问题,并且虚拟阻抗法需要对输出电流求导,使得系统对输出电流噪声和非线性负载很敏感。为解决此问题,提出一种基于双重二阶广义积分器（dual-second order general integrator,DSOGI）的虚拟阻抗模型,该模型避免了对输出电流求导,降低了对输出电流的敏感度,从而较好地抑制了输出电流中的噪声,并降低了非线性负载对系统的影响;同时可减少电压降落和抑制系统间的环流,改善了系统的电能质量。对逆变器并联控制系统进行了应用对比分析,结果验证了基于DSOGI虚拟阻抗模型的有效性。     

A technique of parallel connections of pulsewidth-modulated NPC inverters by using current-sharing reactors

The neutral-point-clamped (NPC) PWM inverters have many advantages such as the ability to operate the motor with nearly sinusoidal current waveforms. For this reason, in larger-capacity inverter systems, NPC PWM inverters using the GTOs, etc., have also been put into practical use because of great advantages to large-capacity ac motor drives such as lower ripple currents and higher output voltages. With the spread of applications, still larger-capacity inverters also are expected. However, since the capacities of such switching devices are insufficient, a certain technique and controlling method are proposed for the parallel connections of NPC inverters. The output voltage waveforms of the proposed inverter have certain voltage levels, and thus it is anticipated that it will be difficult to analyze the output harmonics. For such waveforms of output voltage and current-sharing reactor, a frequency analysis approach is described whose results are verified by experiments.     

并联微网逆变器输出功率精确分配研究

为了解决基于传统下垂控制的并联微网逆变器输出功率分配不合理问题,以两逆变器并联运行模型为研究对象,详细分析下垂控制中并联逆变器输出功率分配机理,得出并联逆变器输出功率分配不精确的本质原因是逆变器总输出阻抗和额定容量间的不匹配。进而提出了一种改进下垂控制策略,在电压外环采用准比例谐振(PR)控制,同时虚拟阻抗被引入到电流反馈环,进而使逆变器总输出阻抗近似于虚拟阻抗,通过比例设置虚拟阻抗实现并联逆变器输出功率的精确分配。此外,在功率控制环中引入逆变器输出电压幅值反馈环节,合理选定预设电压,有效改善了虚拟阻抗造成的输出电压降低问题。仿真软件验证了理论分析的正确性。