三相逆变器并联系统中零序环流的研究

现有的文献已经论证了在三相逆变器并联系统中,存在着零序环流的通路。然而,这些结论基本上都是在无输出变压器及忽略了三磁柱电感磁路耦合的前提下得出的。事实上,在三相逆变器中,出于体积和成本的考虑,滤波电感和输出变压器通常都采用三磁柱铁芯来绕制,由此带来的三相问磁路耦合使得三相逆变器的零序相量特性与三个单相逆变器构成的三相逆变器是完全不同的,这对三相逆变器并联系统中的零序环流也产生了很大的影响。该文基于三磁柱变压器及三磁柱电感的动态方程建立了带三磁柱电感及三磁柱变压器的三相逆变器瞬时零序分量模型。基于该模型的分析发现,三相逆变器并联系统中,三磁柱电感及三磁柱变压器的采用使得零序环流的大小和通路发生了很大的变化。仿真与实验验证了上述结论。     

计及磁路耦合的三电平逆变器并联环流特性

大功率单机光伏并网逆变器通常采用三相三磁柱式耦合电抗器以降低整机成本并提高系统功率密度,然而三相磁路耦合会使三相系统的零序回路特性与3个单相电抗器构成的系统存在明显差异,并对并联系统的零序环流产生很大影响。基于三相三磁柱式耦合电抗器的磁路结构和相应的电感电压方程,建立了考虑三相磁路耦合特性的三相T型新能源并网三电平逆变器零序环流模型,分析了三相三磁柱式耦合电抗器的使用,以及三电平逆变器本身控制的复杂性导致零序环流发生变化的机理,指出了现有三相三磁柱式耦合电抗器对T型三电平逆变器并联系统,尤其是多台逆变器分时启停、无功功率突变等环节存在过流并损害功率开关管的安全隐患,最后通过系统仿真与并联样机实验充分验证了理论分析的正确性和有效性。     

基于耦合电抗的并网逆变器并联系统环流分析

大功率单机光伏并网逆变器通常采用三相三磁柱式耦合电抗器以降低整机成本并提高系统功率密度,然而三相磁路耦合会使得三相系统的零序回路特性与3个单相电抗器构成的系统存在明显差异,并对并联系统的零序环流产生很大影响。基于三相三磁柱式耦合电抗器的磁路结构和相应的电感电压方程,建立了考虑三相磁路耦合特性的三相T型新能源并网三电平逆变器零序环流模型,分析了三相三磁柱式耦合电抗器的使用以及三电平逆变器自身控制的复杂性导致零序环流发生变化的机理,指出了现有三相三磁柱式耦合电抗器对T型三电平逆变器并联系统,尤其是多台逆变器分时启停、无功功率突变等环节存在过流并损害功率开关管的安全隐患,最后通过系统仿真与并联样机实验充分验证了理论分析的正确性和有效性。     

基于瞬时对称分量的三相逆变器特性分析

在三相逆变器中,出于体积和成本的考虑,滤波电感和输出变压器通常都采用三磁柱结构,但其三相磁路的相互耦合使得三相逆变器的动态分析非常地困难.该文基于瞬时值对称分量变换建立了带三磁柱电感和变压器的三相逆变器数学模型,该模型简单实用,并实现了三相的解耦.该文基于该模型分析了三相逆变器的动态特性,发现逆变桥输出电压的零序分量对三相逆变器的运行有着很大的影响.仿真与实验验证了上述结论.     

逆变器并联系统均流控制策略的研究

针对逆变器并联系统的系统环流,提出了一种基于解耦控制的逆变器并联系统均流控制策略,对各逆变器设置一个独立的逆变电压调整电路,通过调节逆变电压使各逆变器的输出电压均相等,同时采用电压外环、电感电流内环的双闭环控制方式来达到均分负载电流,即实现均流控制的目的。因各逆变电压调整电路独立控制,因而完成了逆变器并联系统均流控制的解耦。在Matlab/Simulink下建立两台逆变器并联系统仿真模型,仿真结果证实解耦控制下系统均流性能较为理想,系统环流较小。     

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。     

电压电流双闭环控制逆变器并联系统的建模和环流特性分析

传统的基于功率差的逆变器并联控制方法是由电力系统中同步电机并网理论演变而来,通过分别改变各并联模块输出电压的幅值和相位来分别控制各模块输出无功和有功功率平衡,但该并联均流方案应用于电压电流双闭环反馈控制逆变器并联系统时有较大的控制误差.本文建立了考虑环流因素的电压电流双环控制逆变器闭环系统电路模型,依据传递函数推导出并联系统有功环流和无功环流与输出电压幅值和相位的关系.建立基于等效输出阻抗和求解微分方程的环流特性分析方法,给出了逆变器输出有功环流和无功环流与输出电压幅值和相位之间的定量关系,提出了相应的并联均流控制方案.仿真结果证实有功和无功环流均受输出电压幅值和相位影响,实验结果证明所提控制方案有较好的均流效果.     

基于有功和无功环流控制的DC-AC逆变器并联系统分析与实现

传统的基于有功和无功环流控制的逆变器并联控制方法是由电力系统中同步电机并网理论演变而来,即根据输出有功功率差调节输出电压的相位,根据输出无功功率差调节输出电压的幅值,实现输出负载均分.该控制方式若应用于电压电流双闭环控制逆变器并联系统会引起系统工作不稳定,本文分析了造成不稳定的原因,给出了电压电流双闭环控制DC-AC逆变器并联系统输出有功和无功功率差与输出电压幅值、相位差之间的定量关系,提出了相应的均流控制策略,给出了并联系统的实现方案.实验结果验证了该控制方案的可行性.     

逆变器并联系统直流环流产生原因及其检测与抑制方法

对于无输出隔离变压器的逆变器并联系统，各模块输出电压直流分量不一致会在模块间产生较大的直流环流。该文分析了逆变器输出电压产生直流分量的原因，介绍了逆变器并联系统直流环流检测和抑制方法。通过对逆变器基准正弦波直流分量的高精度数字调节，相应调节逆变器输出电压直流分量以抑制直流环流。在由两台3kVA逆变器组成的并联系统上进行的试验结果证明，该文介绍的直流环流检测与抑制方法对逆变器并联系统直流环流有较好的抑制效果。     

一种用于无互连线逆变器并联的多环控制方法

针对传统逆变器无线并联系统稳态均流精度低和动态响应差等缺点,提出基于传统无线并联下垂法的新型多环控制结构,分析了逆变器并联系统有功和无功功率的环流模型.在传统的双环控制结构中增加了负载电流和输出电压补偿环,提高了单台逆变器的性能;基于PQ下垂系数法增加了瞬时电压基准补偿环和输出阻抗调节环,提高了系统的动态均流能力和对线阻抗等参数不平衡的调节能力.仿真和实验结果均验证了该方案的良好性能.     

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。     

Current regulator instabilities on parallel voltage-sourceinverters

Parallel inverters are often used to meet system power requirements beyond the capacity of the largest single structure. They have also been used to reduce harmonics, reduce pulsewidth modulation (PWM) switching frequency and increase available output voltage or frequency. The type of parallel structure depends on the construction of the load motor; the most prevalent are dual three-phase machines, split-phase machines, six-phase machines, and a standard three-phase machine with interphase reactors. Operation of parallel structures presents areas for investigation encompassing analysis, simulation, control, and design. This paper reports on the commissioning of a 775 HP dual-winding three-phase motor with parallel inverters. A simple method of paralleling structures with carrier-based PWM current regulators to independently regulate each inverter's current is employed. Experimental results show a loss of current control that is similar to a random event. The instability between the parallel inverters and the common motor can result in large uncontrolled currents. Simulations established that the reduction in controller gain, as the regulator enters the PWM pulse-dropping or overmodulation region, results in a loss of current control. Experimental results show the loss of current control is the result of an interaction between the parallel inverters through the dual-wound three-phase motor. Modifications were made to the modulator and a two-phase discontinuous controller was employed; the gain characteristic of the two-phase modulator in the overmodulation region extends the dynamic range of the motor drive     

考虑磁路耦合的三相逆变器稳定性分析方法

出于体积和成本考虑,三相逆变器中的三相电感和变压器普遍采用三磁柱结构。逆变器的三相之间因磁路产生耦合,使瞬态模型变得复杂。该文基于瞬时对称分量建立考虑磁路耦合的三相逆变器瞬态模型,提出考虑磁路耦合的分析方法,通过瞬时对称分量方程直接判断磁路耦合对三相逆变器稳定性的影响,并以带磁路耦合的三相组合式逆变器为例,详细讨论了该方法。推导过程及仿真、实验结果表明,所提出方法简洁方便,适合于具有磁路耦合的三相逆变器的稳定性判断。     

A four-leg unified series-parallel active filter system for periodic and non-periodic disturbance compensation

This paper presents a three-phase four-leg (3P4L) unified series-parallel active filter (USPAF) system, compensating for both periodic and non-periodic disturbances using a generalized non-active power theory (GNAP) based control strategy. The 3P4L USPAF system is realized by the integration of series and parallel active filters (AFs), composed of the two 3P4L voltage source inverters (VSIs) sharing a common dc-link capacitor. The GNAP theory was implemented previously in the parallel AF. In this study, the theory is proposed for the 3P4L USPAF system to compensate non-sinusoidal periodic and non-periodic currents and voltages. Distorted source voltages and unbalanced non-linear load currents compensation were verified simultaneously through the 3P4L USPAF system experimental prototype. Sub-harmonic and stochastic non-periodic current/voltage compensations were analyzed through simulations with Matlab/Simulink software. The simulation and experimental results showed that the theory proposed for the 3P4L USPAF system was applicable to non-active power compensation in three-phase four-wire (3P4W) systems under periodic and non-periodic disturbances.     

基于FBD法的基波正负序电流实时检测方法

为了快速、有效地检测电气化铁道供电系统中的基波正、负序电流和高次谐波电流,文中提出了一种基于FBD(Fryze-Buchholz-Dpenbrock)法的电流实时检测方法。利用锁相环跟踪三相不对称或畸变电压的某一相,获取其频率和相位信息,以此构造基波正序参考电压和基波负序参考电压;利用构造的正、负序参考电压和检测出的三相电流求得对应的正、负序等效电导;对电导进行低通滤波器滤波,获取其正、负序直流分量;将电导的正、负序直流分量乘以相应的正、负序参考电压,即可获得基波正、负序电流;从总电流中减去基波正、负序电流即得到谐波电流。由于该方法只需要检测系统三相电压中一相的基波频率和相位,因此可应用于系统电压不对称或畸变的情况。该方法无需Park变换和dq变换,计算量较小。仿真结果证实了该方法的正确性和有效性。     

抑制多台分布式发电单元自治微网环流的主从控制策略

为提高自治微网系统的容量和可靠性,多台分布式发电(distributed generation,DG)单元多并联运行。各DG输出电压幅值、频率、相位等微小的差异会在各DG间产生较大的环流,使其中的逆变器性能变差或损坏,因此必须对环流加以控制。分析了自治微网中多台DG并联运行时环流产生的原理,提出了用以抑制环流的等电压、等电流、等功率以及混合式4种主从控制策略。根据各DG采用的LCL接口电路,给出了相应的嵌套式逆变器控制结构。以含3台并联运行DG的自治微网为算例,用Matlab/Simulink进行仿真,分析了不同负载情况下的环流抑制效果,验证了上述策略的正确性和可行性。     

采用SVPWM的三相逆变电源的分散逻辑并联运行

逆变电源的并联运行是提高电源系统容量和可靠性的有效手段。该文分析了逆变电源并联运行原理，提出了抑制并联系统环流的3种控制策略。在此基础上，针对采用SVPWM的三相逆变电源，提出了三相系统的分散逻辑控制方案。该方案成功的应用于2台35kW、390V、50Hz三相逆变电源组成的并联系统中。实验结果证明，逆变电源并联系统在该方案下可有效的实现负载均分。     

一种软起动电源系统及其逆变器的无线并联控制

提出一种应用于轨道机车辅助电源的三相交流电源系统,由位于各车厢的逆变器并联构成。各逆变器独立带本车厢负载变频软起动,达到稳态运行后通过无互联线并联控制实现并联运行。为有效抑制逆变器并联瞬间电流冲击,提出基于空间矢量控制(space vector control,SVC)特性和依据输出功率母线电压相位的热并机准同步控制,结合下垂法均流算法,该控制改善了稳态均流性能和动态过程可靠性。分析并机电感参数对逆变器及其并联系统特性的影响,并给出设计原则。搭建两台逆变器组成的并联系统并进行动态和稳态实验,验证了所提出系统及控制的可行性。     

Parallel operation of three-phase power transformers with different short-circuit voltages

Parallel operation of three-phase power transformers with different short-circuit voltages has been studied using a lab bench. The circuit diagram of the bench and experimentally measured vector diagrams of the currents in primary and secondary windings of the transformers have been presented. It has been found that, when the difference of short-circuit voltages of parallel operating transformers is more than 10%, both an arithmetic difference of currents and a great phase shift of secondary-phase voltages occur. As a result, one of the transformers becomes overloaded, while the other is underloaded. It has experimentally been found that the load current is determined by the geometrical sum of currents of secondary windings in transformers. It has been shown that one of the studied transformers works in the conversion mode and its currents are shifted by 180° with respect to the phase, which is the main reason for failure of the normal operational conditions of parallel transformers.