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。     

一种并联逆变器瞬时电流控制策略

高效的负载电流分配和环流抑制策略是逆变器并联运行的关键,提出了一种基于环流前馈的瞬时电流控制策略。通过建立PID闭环控制逆变器数学模型,对输出等效阻抗进行分析,引入瞬时环流前馈控制策略,利用配置虚拟环流阻抗以达到负载均分和抑制环流的目的。Matlab/Simulink仿真证明了该策略的正确性,该方案易于实现,便于进行数字化控制。     

弱电网下并联逆变器稳定性及电能质量治理研究

在新能源发电系统中,逆变器通过并联接入电网,扩大了并网容量,此外由于电网阻抗的存在,降低了逆变器的稳定性,也加大了逆变器对负载中电能质量治理难度。文中对一种弱电网下并联逆变器治理负载中电能质量的问题进行了研究,首先以H∞+电压前馈作为电流内环控制策略,分析了弱电网下单台及多台并联逆变器的稳定性能,采用了前馈通道串联复数滤波器及前向通道串联超前校正环节的复合策略提高逆变器的稳定性;其次利用电流检测算法分离负载中的不平衡、谐波及无功电流,实现并联逆变器对不平衡、非线性及无功等负载引起的电能质量问题的治理。通过Simulink仿真实验,结果表明在弱电网条件下利用并联逆变器能够对多种负载的电能质量问题进行治理。     

一种基于公共连接点谐波分布的模块化APF无线并联控制策略

提出一种基于公共连接点(PCC)谐波电流分布的新型模块化有源电力滤波器(APF)无线并联控制策略,以克服传统有线并联控制技术存在的通信连接线多、控制复杂、硬件成本高、可靠性低等缺陷以及容量限制无线并联控制技术存在的模块补偿容量分配不均衡等问题。该策略充分利用PCC系统、负载及APF输出电流分布信息,采取一定的判别机制即可实现模块化APF故障冗余无线并联控制。首先阐述所提无线并联控制策略的基本原理,并提出包括检测、同步、故障辨识、故障和故障恢复辨识以及自动均流等完备的无线控制技术方案;然后提出基于该策略的模块化APF控制系统实现方法。理论分析和实验结果表明,所提新型无线并联控制策略实现了各模块在结构和控制上的完全独立,并联运行的灵活性、可靠性和稳定性较高。     

改进的单相全桥逆变器双环控制研究

为了解决逆变器双环控制在抗负载扰动能力以及逆变器输出电压波形质量方面问题,建立了单相全桥逆变器模型,提出了在原有逆变器双环控制基础上引入负载电流前馈设置控制策略,并借助MATLAB进行了仿真分析。仿真结果表明,在引入负载电流前馈的设置后,该控制系统的稳定性有了显著提高,有效地改善了抗负载的扰动能力和逆变器输出波形质量。     

带多频段采样观测器的单相逆变器控制

在单相逆变器控制系统中,当逆变器带非线性负载时,输出电压波形会出现畸变,存在幅值和相角误差。为解决上述问题,提出一种基于电流观测器的单相逆变器控制策略。首先应用傅里叶变换提取逆变器输出的基波电压,然后通过幅相分解,将逆变器输出电压等效变换为电压幅值与相角,最后应用PI控制器控制逆变器输出电压波形为正弦波。控制系统实现时,采用前馈控制方法,来抑制谐波,提高逆变器输出波形质量。为解决因采样频率低而带来的逆变器输出电流估算精度下降的问题,在前馈控制时,采用多频段采样法来对电流谐波进行估算,从而提高了前馈控制的精度,进一步提高了逆变器输出波形质量。仿真和实验结果表明了该控制策略的正确性和实用性。     

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。     

一种实用前馈在逆变器带非线性负载中的应用

逆变器带非线性负载的设计难点在于如何减小逆变器的输出阻抗,从而减小负载电流谐波对输出电压的影响,保证输出电压的波形质量。针对数字控制逆变器带非线性负载,提出了一种实用的前馈控制策略。推导了负载电流全前馈传递函数,考虑数字控制引入的1.5拍延迟,从逆变器输出阻抗的角度,通过优化近似方法确定前馈控制参数。研制了一台带2 kW非线性负载的单相逆变器原理样机,实验验证所提实用前馈控制策略能显著改善输出电压波形质量。     

使用平均电流控制的逆变器并联系统

研究了基于平均电流控制的逆变器并联系统。通过分布在各模块中的平均电路,对各模块的电流给定信号进行平均后产生共享的电流基准信号,由此实现负载均分。推导了带负载电流前馈补偿的并联系统的数学模型,其等效传递函数与单台逆变器相似;通过理论分析、仿真和实验对有、无负载电流补偿两种控制方式下的并联系统外特性和均流性能进行了对比分析。实验结果表明并联系统具有动态响应快速,均流性能好的特点。     

基于LCL滤波的400 Hz逆变器并联控制

LCL滤波器广泛应用于并联系统中,这种滤波器的结构有利于环流抑制和功率均分,但在非线性工况下容易在负载侧产生较大的谐波电压.针对环流抑制与电压质量控制的矛盾,对400 Hz逆变器等效阻抗进行了分析,揭示了输出电压闭环控制与引入输出电流前馈的电容电压闭环控制是等效的,可以减少谐波电压,但也削弱了负载侧电感的环流抑制作用.在此基础上,提出采用多比例谐振控制器和负载电流前馈构成虚拟负谐波阻抗,以重塑逆变器在低次谐波处的等效输出阻抗为小阻抗,从而减小谐波电压.通过采用不同基准的多比例谐振控制技术,实现了分频段阻抗重塑,使滤波器在基波和高次谐波频率处仍具有环流抑制功能.最后,使用下垂控制策略对两台逆变器进行了并联实验研究,实验结果验证了所提技术方案的有效性.     

基于分布式控制的不同容量逆变器并联技术研究

针对不同容量逆变电源的并联,提出了一种双外环分布式并联控制方案,使得系统由负载电流的大小决定所需并联模块数以及并入系统的各并联逆变模块按自身容量比例分担负载电流,并能有效抑制系统环流,实现系统的冗余并联。该控制方法包括三个控制环:电流内环改善系统动态响应,电压外环确保系统的稳定性,电流外环跟随功率分配单元输出的电流信号来确定该模块所分担的负载电流的大小。其中功率分配单元根据负载电流和逆变电源额定电流的大小确定并联模块数,并提供各逆变模块的投切信号和电流外环给定信号以实现系统的负载电流分配和冗余控制。理论分析和仿真实验验证了该方案的可行性。     

SPWM多重化并联逆变器的死区效应补偿方法的研究

以SPWM多重化为控制技术 ,对电压型并联逆变器的输出特性进行了谐波分析。通过对并联逆变器系统的环流和负载电流的分析 ,给出了一种死区效应补偿的新方法。实验结果表明 ,利用该方法能有效改善并联逆变器系统的输出特性。     

基于反馈控制的多逆变电源并联系统

为了实现可靠的多逆变电源并联系统,提出了基于优先级与抢占方式的控制方法,通过硬件逻辑电路、总线技术与无冲突令牌环协议实现了并联冗余技术:提出了一种基于反馈控制的改进型逆变电源并联负载均分控制策略.通过检测并联系统中的瞬时平均电流和各逆变模块中的输出电流,并对这2个电流进行分解,用其分解量进行反馈调节控制输出电压,实现并联系统的均流.仿真实验与实际系统实验证明所提方法能实现多台逆变电源并联系统的稳定可靠运行及负载的均匀分配.同时具有较好的负载适应性,在各种情况下,各逆变电源的输出电流差小于额定电流的2%.     

并联三相逆变器环流的双变零矢量控制研究

并联三相逆变器的参数不可避免地存在差异,导致逆变器间会产生环流。环流会造成逆变器损耗增加、输出电压、电流波形畸变等危害。为了解决这个问题,提出通过零序占空比来抑制环流的控制策略。在建立零序环流数学模型的基础上,针对传统零序环流控制策略中基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法中一个载波周期内仅单次调节零矢量的作用时间,导致环流抑制效果不佳的问题,提出在一个载波周期内进行两次零矢量作用时间调节,提高零序环流控制实时性;并基于各逆变器输出的瞬时功率反馈来实现并联逆变器负载功率自适应均分的控制方案。该方案不仅能够很好地抑制环流,实现负载均分,而且能显著地改善三相逆变器输出电压和电流波形。通过仿真和半实物仿真实验平台验证了该方案的有效性。     

模块化UPS并联的新型数字均流控制技术

为实现并联UPS系统中负载电流的均分和环流的抑制,阐述了一种应用于模块化UPS并联系统的数字化控制均流技术。给出了并联系统的结构;通过分析并联系统环流、功率调节特性、并联系统数字功率检测技术,得到一种新型的功率检测方法;检测和分析并联系统的瞬时平均电流和各个UPS模块输出电流,再反馈调节分别控制输出电压幅值和相位以实现其均流控制。实验证明该环流抑制控制策略可获得良好的并联均流特性,方案简洁、实用。     

并联逆变器的短路保护策略

常用的短路保护方案是正常下的恒压模式和异常下的恒流模式相结合的方案。因并联逆变器各模块参数的差异性,短路消除后退出恒流模式的时间不一致产生较大的环流,尤其在轻载情况下易引起功率倒灌,严重时导致直流电压过电压保护停机。针对该问题,提出利用均值电压和瞬时电流值相结合改进策略,且多台并联逆变器同时在同步信号的上升沿(或下降沿)退出恒流模式进入恒压模式,并抬高起始电压得到快速恢复额定电压。两台400kVA/50Hz的逆变器对比实验结果证明了改进策略的有效性。     

大功率电机直接起动的逆变器控制模式切换策略

在冲击性负荷下(如短路故障)要保证逆变器可靠地运行,采用两种控制模式:正常情况下,逆变器输出恒定电压,工作于电压控制模式;异常情况下(如短路、冲击性负载),逆变器输出电流恒定,工作于电流控制模式。两种控制模式的切换成为逆变器可靠运行的关键技术之一。常用的切换策略:故障的负载电流值大于电流阈值和故障消除的负载电压恢复到额定电压进行模式切换。但是,为解决冲击性负载下可靠地保护,希望进入电流控制模式的电流阈值较低,而在特定的负载下安全地直接起动大容量电机(电机的起动电流一般是额定电流的几倍甚至上十倍),则希望电流阈值较高。针对二者矛盾,文中利用大功率电机起动与故障工况的差异,再引入电压阈值作为判断条件解决了电机起动误入电流控制模式的问题,两台400kV.A、50Hz的样机实验验证了该策略的有效性。     

基于电容电压的并联UPS系统自主控制策略

针对并联不间断电源(UPS)系统的均流控制问题,设计了一种新的并联UPS系统自主控制策略.新方案可用于多个三相在线UPS模块的并联电流分配控制.每台UPS控制器将滤波电容的电压参考设计为其自身输出电流的函数进行调节,无需逆变器之间信息交换即可实现自主均流控制.同时,控制器还保证了负载电压的控制精度以及负载扰动下的动态性能.利用两台UPS为主体构成的实验平台对所设计的新型自主控制方案进行了测试.实验结果表明,在不同负载条件下,包括阶跃负载和非线性负载工况下控制器均具有较好的控制效果.