基于分布式的逆变电源并联控制技术

  的发展趋势是采用新型全控高频开关器件构成逆变电源模块单元，再通过多个模块并联进行扩容。这样做才能够提高逆变电源模块的通用性和灵活性，使系统模块设计、安装、组合更便利，同时增加系统的冗余性和可靠性。交流电源间的并联远比直流电源并联运行复杂，由于其正弦波输出，逆变电源的并联需要满足5项条件，即相同的电压、频率、波形、相位和相序，只有这样才可以消除环流、均分负载功率，达到最佳的运作时的状态，真正的完成逆变电源并联。

  目前，逆变电源并联控制方式大体上分为集中控制、主从控制、分布式控制、3C控制和无互连线种控制策略。

  在现有的各种控制方式中，集中控制、主从控制在实际应用中都有一定的应用，但由于并联控制电路故障可能会引起整个系统故障停机，所以应用受到一定的限制。3C控制其实就是对分布式控制的一种改进，而无互连线控制与实际应用有一定的差距，所以分布式控制相对有一定的优势。

  分布式控制技术又称分散逻辑控制，将系统的各个中心环节的控制权进行分散化和独立化，实现系统中各个单元的独立工作。这种控制方式可实现线个模块故障退出时，并不影响其他模块的并联运行；可靠性高、危险性分散、功能扩展容易等良好的特性已在众多领域中得到了广泛应用；成为计算机系统发展的主要方向之一，是一种比较完善的分布式智能控制技术。

  逆变电源并联控制策略中，集中控制和主从控制都可能因为部分电路故障而使整个系统故障停机。分布式并联控制[1]策略可解决该问题，在各逆变电源中综合每个电源模块的电流及频率信号，得出各自频率及电压的补偿信号，该方式能实现线运行模式。

  各模块并联控制单元检测相应模块的市电频率和相位，给其他各电源模块发出同步脉冲，无市电时，同步脉冲有晶振产生，各个逆变电源的锁相环电路用来保证其输出电压频率和相位与同步总线脉冲信号同步。并联控制单元将其他模块单元负载电流与本机负载电流作比较，求出电流偏差，并将其作为电压指令的补偿量发送给每个逆变电源单元，以消除各模块输出电流的不平衡。控制综合部分的均流及同步原理如图1所示。

  在目前所见的文献里，分布式控制并联方案最重要的包含有功无功控制和平均电流瞬时控制方案两种。

  有功和无功并联控制,即功率偏差并联控制。通过每个逆变电源单元检测出本单元输出的有功和无功的偏差值,以调节逆变电源单元输出电压的相位和幅值,保证每个逆变电源单元输出的有功无功相等,达到均流的目的。

  以2台逆变电源模块向同一负载供电为例进行简单的分析，如图2所示，其中X为线为并联电网电压。

  由式(5) 和式(6)可看出逆变电源的输出有功的大小主要根据功率角，而输出无功功率则主要根据输出电压的幅值，因此，能够最终靠改变逆变电源的输出电压幅值来控制无功功率，通过改变相位来控制有功功率，以此来实现各输出电源模块的均流。 基于有功无功控制策略系统图如图3所示。

  （1）采用3条并联控制线：有功功率线、无功功率线）各模块之间地位一致, 能轻松实现真正的分布式冗余控制；

  平均电流瞬时控制方案一般是通过锁相环电路保证各模块基准电压的严格同步，通过求出各模块输出电流的瞬时平均值进行电流的调节，以达到均流的目的。

  根据戴维南定理，1个逆变器可以用图4所示的等效电路来表示，其中GUi是一个可控变电压源，Z是逆变电源的输出阻抗，Zp是连接逆变电源输出端到负载的连线阻抗，Zl是负载阻抗。

  在逆变电源并联系统中，每个逆变电源都是一个电压源，如果各个逆变电源完全一致，那么负载电流就会自动地平均分配到各个逆变电源模块中去，然而实际电路中逆变电源的参数或多或少都会有偏差，这些参数偏差最后导致逆变电源的输出电流有偏差。因此，可以把参数偏差当作是加于逆变电源输出电流的一种干扰。为方便分析图4所示等效图，把所有参数偏差造成的影响集中起来并用一个干扰源id来表示，这样均流问题就成为一个抗干扰问题，如图5所示。

  引入一个干扰源来代表所有误差偏离，那么并联逆变电源系统中各个逆变模块就可以看成是一致的,如图6 所示。

  式（12）、式（13）展示了系统电压调节和均流特，性系统是否稳定由式（12）、式（13）分母的根的位置决定。

  (1)电压基准、电压反馈、电流基准均为各并联模块相应信号的平均值，并联后系统的动静态性能不低于单模块设计性能，且不需附加额外的并联控制模块；

  基于分布式的逆变电源并联运行不但可以满足容量扩充的要求，也可组成并联冗余系统，提高运行的可靠性，同时也使总系统具有极高的系统可维护性能，在逆变单元发生故障时，可方便地进行热插拔更换或维修。本文对分布式并联控制的常用办法来进行了详细的原理阐述和简单的比较，指出了其优缺点,在实际应用中能够准确的通过侧重点做出合理的选择。