趙魏
浙江大學(xué) 電氣工程學(xué)院 浙江省 杭州市 310027
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ABSTRACT: The master-slaver parallel operation of multi-inverter is proposed in this paper. The paralleled inverters share the same outer voltage loop and the current of each individual inverter is distributed automatically. The small signal model of this scheme is analyzed, which includes the model of individual inverter. The experimental results verify the validation of the proposed model and scheme.
KEY WORDS: Inverter Parallel Operation Master-Slaver Small-Signal Model
摘要: 本文從簡(jiǎn)單、實(shí)用的角度出發(fā)，采用共電壓外環(huán)的主從并聯(lián)方案，實(shí)現(xiàn)了兩臺(tái)1 k VA 逆變器的并聯(lián)，并用小信號(hào)模型分析了單臺(tái)逆變器的建模和設(shè)計(jì)方法，zui后給出了相關(guān)試驗(yàn)波形和結(jié)論。
從上圖可以看出，電感電流內(nèi)環(huán)有低通濾波器質(zhì)。但是存在較大的自激震蕩。內(nèi)環(huán)的傳遞函數(shù)的相位裕量為 90o，但是負(fù)載變化對(duì)電流內(nèi)環(huán)的開(kāi)環(huán)增益影響很大。
電流環(huán)般采用P調(diào)節(jié)，我們?nèi)≌{(diào)節(jié)比例系數(shù)Kip=2。則電流環(huán)閉環(huán)Bode圖見(jiàn)圖5。
從圖5可以看出，電感電流采用P調(diào)節(jié)后，負(fù)載參數(shù)對(duì)內(nèi)環(huán)增益特的影響減小。內(nèi)環(huán)帶寬增大，呈現(xiàn)出好的低通濾波器質(zhì)，在低頻段的相位誤差小。
從電流環(huán)的傳遞函數(shù)可以得出系統(tǒng)外環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)如下，Bode圖見(jiàn)圖6。
從上圖可以看出，系統(tǒng)的相位裕量為87.5o。轉(zhuǎn)折頻率為7.9k。為了減小輸出電壓和參考電壓之間的靜態(tài)誤差，采用PI調(diào)節(jié)是種比較好的方法。PI調(diào)節(jié)環(huán)采用如下參數(shù)：
外環(huán)采用PI調(diào)節(jié)后的系統(tǒng)開(kāi)環(huán)Bode圖見(jiàn)圖7，從圖中可以看出：系統(tǒng)在低頻段50Hz處有50dB的增益，增益變大，說(shuō)明系統(tǒng)的跟蹤能變好，相位裕量為84o，說(shuō)明系統(tǒng)的有良好的動(dòng)態(tài)能。這個(gè)結(jié)論與后面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是致的。
4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
為了驗(yàn)證上述理論的正確，我們采用橋變換拓?fù)?，試?yàn)參數(shù)與仿真參數(shù)致。其中逆變開(kāi)關(guān)管采用IGBT：G4PC50UD，圖8－圖12是相關(guān)試驗(yàn)波形。電壓反饋采樣用LEM公司的LV28-P，電感電流采用LEM公司的LA58-P。LV28-P具有的，良好的線度，低溫漂，*的反應(yīng)時(shí)間，寬頻帶，無(wú)插入損壞，能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。LA58-P具有，線度好，過(guò)流能力強(qiáng)和好的特點(diǎn)。
圖8是單臺(tái)工作時(shí)，突加1kW負(fù)載，輸出電壓和電流波形，從圖中可以看出，輸出電壓幾乎沒(méi)有變化，說(shuō)明系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)特。圖9是1kW負(fù)載下，兩臺(tái)并聯(lián)時(shí)的電流波形，從圖中可以看出，電流波形無(wú)論相位還是幅值都致，說(shuō)明均流效果良好。圖10為1kW負(fù)載下，臺(tái)突然退出時(shí)的電流波形；圖11為1kW負(fù)載下，臺(tái)突然加入時(shí)的電流波形；圖12為兩臺(tái)并聯(lián)時(shí)，突加1kW負(fù)載時(shí)的輸出電壓和其中臺(tái)的電流波形。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，系統(tǒng)并聯(lián)下的動(dòng)態(tài)能、均流效果較好。與前面的理論分析是致的。
本文從簡(jiǎn)單、實(shí)用的角度，提出了種共電壓外環(huán)的主從并聯(lián)方案并用相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)了驗(yàn)證。從圖1以可以看出，在主模塊和從模塊中加入開(kāi)關(guān)S1、S2就可以實(shí)現(xiàn)主從模塊的切換，構(gòu)成種循環(huán)分布式逆變電源并統(tǒng)。
共電壓外環(huán)主從并聯(lián)方案具有簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)方便、、均流效果好的優(yōu)點(diǎn)，但是不能否認(rèn)的是這種方案電流環(huán)的增益很小，因此母線對(duì)均流效果有很大影響；主從之間通過(guò)模擬信號(hào)相連，對(duì)EMI相當(dāng)敏感等缺點(diǎn)。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：逆變器并聯(lián) 主從方式 小信號(hào)模型
1 引言
隨著現(xiàn)代通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和制造的發(fā)展，計(jì)算機(jī)和現(xiàn)代通信設(shè)備對(duì)電源的要求越來(lái)越。并聯(lián)因其、系統(tǒng)擴(kuò)容方便、易于化和模塊化等優(yōu)點(diǎn)而成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。逆變器的并聯(lián)主要有集中式方案、主從式方案、平均電流瞬時(shí)值方案、有功無(wú)功方案、下垂特調(diào)節(jié)方案等。這些方案各有優(yōu)缺點(diǎn)。本文從簡(jiǎn)單、實(shí)用原則出發(fā)，采用主從并聯(lián)方案實(shí)現(xiàn)了兩臺(tái)1 k VA 逆變器的并聯(lián)。第二節(jié)簡(jiǎn)單的描述了主從并統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；第三節(jié)用小信號(hào)模型詳細(xì)的對(duì)單臺(tái)逆變器建模，并分析各參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響；第四節(jié)給出了相關(guān)實(shí)驗(yàn)波形和分析；zui后做了簡(jiǎn)單的總結(jié)。
2 主從逆變器并聯(lián)模型
圖1是兩臺(tái)基于主從方式的逆變器并聯(lián)方案系統(tǒng)框圖。
主從式并聯(lián)方案工作原理如下：主模塊采用輸出電壓外環(huán)、電感電流內(nèi)環(huán)雙環(huán)，以輸出電壓的正弦度、提系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特、減小靜態(tài)誤差。主模塊的電壓參考信號(hào)Vref與輸出電壓相減，經(jīng)PI調(diào)節(jié)后，作為電感電流的基準(zhǔn)，此基準(zhǔn)信號(hào)通過(guò)并聯(lián)線同時(shí)作為從機(jī)模塊的電感電流基準(zhǔn)。由于主機(jī)和從機(jī)共用個(gè)電感電流基準(zhǔn)。他們之間的耦合關(guān)系使得系統(tǒng)能夠達(dá)到自動(dòng)均流的效果，而不需要額外的均流器。基于共電壓外環(huán)的主從并聯(lián)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)：
Ø 不需額外均流電路，可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的均流功能
Ø 不需要額外的鎖相環(huán)電路
Ø 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，相對(duì)可靠
同時(shí)，由圖1可以看出，在不考慮輸出功率連接線阻抗的情況下，逆變器主從模塊的設(shè)計(jì)與般單臺(tái)逆變器的設(shè)計(jì)方法相同。下節(jié)采用小信號(hào)模型分析和設(shè)計(jì)單臺(tái)逆變器參數(shù)。
3 單臺(tái)逆變器小信號(hào)模型和參數(shù)設(shè)計(jì)
單臺(tái)逆變器的模型見(jiàn)圖2。其中Vdc是母線電壓；Lf、Cf是逆變器的濾波電感和濾波電容；R是輸出負(fù)載；Rf是濾波電感的等效電阻；M是占空比，是非線函數(shù)。由于濾波電容的等效電阻小，對(duì)系統(tǒng)的影響不大，般不予考慮。
上述模型是非線的，在SPWM工作方式下，如果載波頻率fs遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于基波頻率f，則可以通過(guò)平均值模型進(jìn)行線化。然后在靜態(tài)工作點(diǎn)附近做擾動(dòng)，得到逆變器的小信號(hào)方程如下：
就逆變器的方法而言，主要有單電壓環(huán)瞬時(shí)值調(diào)節(jié)；電感電流內(nèi)環(huán)、電壓外環(huán)瞬時(shí)值調(diào)節(jié)；電容電流內(nèi)環(huán)、電壓外環(huán)瞬時(shí)值調(diào)節(jié)三種方案，考慮到并聯(lián)時(shí)，為了減小環(huán)流，應(yīng)盡可能的讓逆變器呈電流源質(zhì)，因此采用電感電流內(nèi)環(huán)、電壓外環(huán)瞬時(shí)值調(diào)節(jié)方案。其框圖見(jiàn)圖3。
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電感電流內(nèi)環(huán)空載、滿載下的Bode圖如圖4。
圖4電感電流內(nèi)環(huán)空、滿載下bode圖 |
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