KEY WORDS: Inverter Parallel Operation Master-Slaver Small-Signal Model

摘要: 本文從(cong)簡(jian)單(dan)、實(shi)用(yong)的(de)角度出(chu)發，采(cai)用(yong)共(gong)電(dian)壓外(wai)環的(de)主(zhu)從(cong)並(bing)聯(lian)方案(an)，實(shi)現(xian)了(le)兩臺(tai)1 k VA 逆(ni)變(bian)器的(de)並聯(lian)，並用(yong)小(xiao)信號(hao)模型分(fen)析了(le)單(dan)臺(tai)逆(ni)變(bian)器的(de)建模和(he)設計(ji)方法(fa)，zui後給(gei)出了(le)相(xiang)關試驗波(bo)形(xing)和(he)結論(lun)。

從(cong)上圖(tu)可以(yi)看出，電感(gan)電流內(nei)環有(you)低通濾(lv)波(bo)器質。但是存(cun)在較大(da)的(de)自激震(zhen)蕩(dang)。內(nei)環的(de)傳遞(di)函(han)數的(de)相位裕(yu)量為 90^o，但是負載(zai)變(bian)化對電(dian)流內(nei)環的(de)開環增益(yi)影(ying)響很(hen)大(da)。

電流環般采(cai)用(yong)P調節，我(wo)們取(qu)調(tiao)節比例系(xi)數K_ip=2。則電流環閉環Bode圖(tu)見圖(tu)5。
    從(cong)圖(tu)5可以(yi)看出，電感(gan)電流采(cai)用(yong)P調節後，負載(zai)參數對(dui)內(nei)環增益(yi)特的(de)影響減(jian)小(xiao)。內(nei)環帶(dai)寬增大(da)，呈現(xian)出好的(de)低通濾(lv)波(bo)器質，在低(di)頻段的(de)相位誤差小(xiao)。
            

從(cong)電(dian)流環的(de)傳遞(di)函(han)數可(ke)以(yi)得(de)出系(xi)統外環開環傳遞(di)函(han)數如(ru)下(xia)，Bode圖(tu)見圖(tu)6。
                   
 

從(cong)上圖(tu)可以(yi)看出，系(xi)統的(de)相位裕(yu)量為87.5^o。轉折頻率(lv)為7.9k。為了(le)減(jian)小(xiao)輸出電(dian)壓和(he)參考(kao)電(dian)壓之(zhi)間(jian)的(de)靜態誤差，采(cai)用(yong)PI調節是(shi)種(zhong)比較好的(de)方法(fa)。PI調節環采(cai)用(yong)如(ru)下(xia)參(can)數：
            

外環采(cai)用(yong)PI調節後的(de)系(xi)統開環Bode圖(tu)見圖(tu)7，從(cong)圖(tu)中可以(yi)看出：系(xi)統在低(di)頻段50Hz處有(you)50dB的(de)增益，增(zeng)益變(bian)大(da)，說明(ming)系(xi)統的(de)跟(gen)蹤能(neng)變(bian)好，相(xiang)位裕(yu)量為84^o，說明系(xi)統的(de)有(you)良好的(de)動(dong)態能(neng)。這個結論(lun)與(yu)後面(mian)的(de)實(shi)驗結果(guo)是(shi)致(zhi)的(de)。
           

4         實(shi)驗結果(guo)

為了(le)驗證上述(shu)理(li)論(lun)的(de)正確，我(wo)們采(cai)用(yong)橋(qiao)變(bian)換拓撲，試驗參數與(yu)仿真(zhen)參(can)數致(zhi)。其中(zhong)逆(ni)變(bian)開關管采(cai)用(yong)IGBT：G4PC50UD，圖(tu)8－圖(tu)12是相關(guan)試(shi)驗波(bo)形(xing)。電(dian)壓反饋(kui)采(cai)樣(yang)用(yong)LEM公司(si)的(de)LV28-P，電感(gan)電流采(cai)用(yong)LEM公司(si)的(de)LA58-P。LV28-P具有(you)的(de)，良好的(de)線度，低(di)溫(wen)漂(piao)，*的(de)反應(ying)時(shi)間(jian)，寬頻帶(dai)，無插入(ru)損(sun)壞(huai)，能力強的(de)優點。LA58-P具有(you)，線度好(hao)，過流能力強和(he)好的(de)特點。

圖(tu)8是單(dan)臺(tai)工作時(shi)，突加(jia)1kW負載(zai)，輸出(chu)電壓和(he)電流波(bo)形(xing)，從(cong)圖(tu)中可以(yi)看出，輸出電(dian)壓幾(ji)乎沒有(you)變(bian)化，說明(ming)系(xi)統具有(you)良好的(de)動(dong)態特。圖(tu)9是1kW負載(zai)下(xia)，兩臺(tai)並(bing)聯(lian)時(shi)的(de)電流波(bo)形(xing)，從(cong)圖(tu)中可以(yi)看出，電流波(bo)形(xing)無(wu)論(lun)相位還(hai)是(shi)幅(fu)值(zhi)都致，說(shuo)明(ming)均(jun)流效(xiao)果(guo)良好。圖(tu)10為1kW負載(zai)下(xia)，臺(tai)突(tu)然退(tui)出(chu)時(shi)的(de)電流波(bo)形(xing)；圖(tu)11為1kW負載(zai)下(xia)，臺(tai)突(tu)然加入(ru)時(shi)的(de)電流波(bo)形(xing)；圖(tu)12為兩臺(tai)並(bing)聯(lian)時(shi)，突加(jia)1kW負載(zai)時(shi)的(de)輸出電(dian)壓和(he)其中(zhong)臺(tai)的(de)電流波(bo)形(xing)。從(cong)實(shi)驗結果(guo)可(ke)以(yi)看出，系(xi)統並聯(lian)下(xia)的(de)動(dong)態能(neng)、均(jun)流效(xiao)果(guo)較好。與(yu)前(qian)面(mian)的(de)理(li)論(lun)分(fen)析(xi)是致的(de)。
           
          
             

本文從(cong)簡(jian)單(dan)、實(shi)用(yong)的(de)角度，提(ti)出了(le)種(zhong)共電壓外(wai)環的(de)主(zhu)從(cong)並(bing)聯(lian)方案(an)並用(yong)相(xiang)關(guan)實(shi)驗進(jin)了(le)驗證。從(cong)圖(tu)1以(yi)可(ke)以(yi)看出，在主(zhu)模塊(kuai)和(he)從(cong)模塊(kuai)中加(jia)入(ru)開關S₁、S₂就(jiu)可以(yi)實(shi)現(xian)主(zhu)從(cong)模塊(kuai)的(de)切換，構(gou)成(cheng)種(zhong)循環分布(bu)式(shi)逆(ni)變(bian)電源(yuan)並(bing)統。
 

共電壓外(wai)環主(zhu)從(cong)並(bing)聯(lian)方案(an)具有(you)簡(jian)單(dan)、實(shi)現(xian)方便、、均(jun)流效(xiao)果(guo)好的(de)優點，但(dan)是(shi)不(bu)能否認的(de)是這種(zhong)方案(an)電流環的(de)增益很(hen)小，因(yin)此(ci)母線對均(jun)流效(xiao)果(guo)有(you)很大(da)影響(xiang)；主(zhu)從(cong)之(zhi)間(jian)通(tong)過(guo)模擬(ni)信號(hao)相(xiang)連(lian)，對(dui)EMI相當敏感(gan)等缺(que)點。

參考文(wen)獻(xian)

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[4] 逆(ni)變(bian)器並聯(lian)的(de)相位調(tiao)制(zhi)跟(gen)蹤法(fa)及其相(xiang)關的(de)研究; 胡文(wen)斌(bin)博(bo)士論(lun)文(wen)

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[6] 逆(ni)變(bian)器及其並(bing)聯(lian)的(de)研究; 朱誌(zhi)傑碩士(shi)學位論(lun)文(wen)

關鍵詞(ci)：逆(ni)變(bian)器並聯(lian) 主(zhu)從(cong)方式(shi) 小信號(hao)模型

1        引(yin)言

隨(sui)著(zhe)現(xian)代(dai)通(tong)信、計(ji)算機(ji)網絡(luo)和(he)制造(zao)的(de)發展(zhan)，計(ji)算機(ji)和(he)現(xian)代(dai)通(tong)信設備對(dui)電源的(de)要求越來(lai)越。並聯(lian)因其、系(xi)統擴(kuo)容(rong)方便、易(yi)於(yu)化和(he)模塊(kuai)化等優點而(er)成(cheng)為近年來(lai)研究的(de)熱點。逆(ni)變(bian)器的(de)並聯(lian)主(zhu)要有(you)集中式(shi)方案(an)、主(zhu)從(cong)式(shi)方案(an)、平均(jun)電流瞬(shun)時(shi)值(zhi)方案(an)、有(you)功(gong)無(wu)功(gong)方案(an)、下(xia)垂(chui)特調(tiao)節(jie)方案(an)等。這(zhe)些(xie)方案(an)各有(you)優缺(que)點。本文從(cong)簡(jian)單(dan)、實(shi)用(yong)原(yuan)則出發，采(cai)用(yong)主(zhu)從(cong)並(bing)聯(lian)方案(an)實(shi)現(xian)了(le)兩臺(tai)1 k VA 逆(ni)變(bian)器的(de)並聯(lian)。第二(er)節(jie)簡(jian)單(dan)的(de)描述了(le)主(zhu)從(cong)並(bing)統的(de)結構(gou)；第三節用(yong)小(xiao)信號(hao)模型詳(xiang)細的(de)對單(dan)臺(tai)逆(ni)變(bian)器建模，並分(fen)析各(ge)參數對(dui)系(xi)統的(de)影響；第(di)四節(jie)給(gei)出了(le)相(xiang)關實(shi)驗波(bo)形(xing)和(he)分析(xi)；zui後做了(le)簡(jian)單(dan)的(de)總結。

2        主(zhu)從(cong)逆(ni)變(bian)器並聯(lian)模型
圖(tu)1是兩臺(tai)基於(yu)主(zhu)從(cong)方式(shi)的(de)逆(ni)變(bian)器並聯(lian)方案(an)系(xi)統框(kuang)圖(tu)。
      
  主(zhu)從(cong)式(shi)並(bing)聯(lian)方案(an)工作原(yuan)理(li)如(ru)下(xia)：主(zhu)模塊(kuai)采(cai)用(yong)輸(shu)出(chu)電壓外(wai)環、電感(gan)電流內(nei)環雙(shuang)環，以(yi)輸(shu)出電壓的(de)正弦度(du)、提系(xi)統的(de)動(dong)態特、減(jian)小(xiao)靜態誤差。主(zhu)模塊(kuai)的(de)電壓參(can)考信號(hao)Vref與輸出(chu)電(dian)壓相(xiang)減(jian)，經(jing)PI調節後，作為電感(gan)電流的(de)基準(zhun)，此(ci)基準(zhun)信號(hao)通(tong)過(guo)並(bing)聯(lian)線同時(shi)作為從(cong)機(ji)模塊(kuai)的(de)電感(gan)電流基準(zhun)。由(you)於(yu)主(zhu)機(ji)和(he)從(cong)機(ji)共(gong)用(yong)個電感(gan)電流基準(zhun)。他(ta)們之間(jian)的(de)耦(ou)合(he)關(guan)系(xi)使得(de)系(xi)統能夠達到(dao)自(zi)動(dong)均(jun)流的(de)效(xiao)果(guo)，而(er)不(bu)需要額外(wai)的(de)均(jun)流器。基於(yu)共(gong)電(dian)壓外(wai)環的(de)主(zhu)從(cong)並(bing)聯(lian)方案(an)具有(you)如下(xia)優點：

Ø         不(bu)需額外(wai)均(jun)流電路(lu)，可(ke)以(yi)自(zi)動(dong)實(shi)現(xian)系(xi)統的(de)均(jun)流功(gong)能(neng)

Ø         不(bu)需要額外(wai)的(de)鎖(suo)相環電路(lu)

Ø         設計(ji)簡(jian)單(dan)，相(xiang)對可(ke)靠

同時(shi)，由圖(tu)1可以(yi)看出，在不(bu)考慮(lv)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)連接(jie)線阻(zu)抗(kang)的(de)情況下(xia)，逆(ni)變(bian)器主(zhu)從(cong)模塊(kuai)的(de)設計(ji)與般(ban)單(dan)臺(tai)逆(ni)變(bian)器的(de)設計(ji)方法(fa)相同(tong)。下(xia)節(jie)采(cai)用(yong)小(xiao)信號(hao)模型分(fen)析和(he)設計(ji)單(dan)臺(tai)逆(ni)變(bian)器參數。

3        單(dan)臺(tai)逆(ni)變(bian)器小信號(hao)模型和(he)參數設(she)計(ji)

單(dan)臺(tai)逆(ni)變(bian)器的(de)模型見圖(tu)2。其中(zhong)V_dc是母線電壓；L_f、C_f是逆(ni)變(bian)器的(de)濾(lv)波(bo)電(dian)感(gan)和(he)濾(lv)波(bo)電(dian)容(rong)；R是輸出(chu)負載(zai)；R_f是濾(lv)波(bo)電(dian)感(gan)的(de)等效(xiao)電(dian)阻(zu)；M是占空(kong)比，是非(fei)線函(han)數。由(you)於(yu)濾(lv)波(bo)電(dian)容(rong)的(de)等效(xiao)電(dian)阻(zu)小(xiao)，對(dui)系(xi)統的(de)影響不(bu)大(da)，般不(bu)予考慮(lv)。
        

上述(shu)模型是(shi)非線的(de)，在SPWM工作方式(shi)下(xia)，如(ru)果載(zai)波(bo)頻率(lv)fs遠(yuan)遠(yuan)大(da)於(yu)基波(bo)頻率(lv)f，則可以(yi)通(tong)過平均(jun)值(zhi)模型進(jin)行線化。然後在靜(jing)態工作點附(fu)近做擾(rao)動(dong)，得(de)到(dao)逆(ni)變(bian)器的(de)小信號(hao)方程如(ru)下(xia)：
   

就(jiu)逆(ni)變(bian)器的(de)方法(fa)而(er)言，主(zhu)要有(you)單(dan)電(dian)壓環瞬(shun)時(shi)值(zhi)調節(jie)；電感(gan)電流內(nei)環、電壓外(wai)環瞬(shun)時(shi)值(zhi)調節(jie)；電容(rong)電流內(nei)環、電壓外(wai)環瞬(shun)時(shi)值(zhi)調節(jie)三種(zhong)方案(an)，考慮(lv)到(dao)並(bing)聯(lian)時(shi)，為了(le)減(jian)小(xiao)環流，應盡可(ke)能(neng)的(de)讓逆(ni)變(bian)器呈電(dian)流源質，因此采(cai)用(yong)電(dian)感(gan)電流內(nei)環、電壓外(wai)環瞬(shun)時(shi)值(zhi)調節(jie)方案(an)。其框(kuang)圖(tu)見圖(tu)3。
      

電感(gan)電流內(nei)環空載(zai)、滿載(zai)下(xia)的(de)Bode圖(tu)如圖(tu)4。