赵魏
浙江大学 电气工程学院 浙江省 杭州市 310027
**, **
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: 本文从简单、实用的角度出发,采用共电压外环的主从并联方案,实现了两台1 k VA 逆变器的并联,并用小信号模型分析了单台逆变器的建模和设计方法,zui后给出了相关试验波形和结论。
从上图可以看出,电感电流内环有低通滤波器质。但是存在较大的自激震荡。内环的传递函数的相位裕量为 90o,但是负载变化对电流内环的开环增益影响很大。
电流环般采用P调节,我们取调节比例系数Kip=2。则电流环闭环Bode图见图5。
从图5可以看出,电感电流采用P调节后,负载参数对内环增益特的影响减小。内环带宽增大,呈现出好的低通滤波器质,在低频段的相位误差小。
从电流环的传递函数可以得出系统外环开环传递函数如下,Bode图见图6。
从上图可以看出,系统的相位裕量为87.5o。转折频率为7.9k。为了减小输出电压和参考电压之间的静态误差,采用PI调节是种比较好的方法。PI调节环采用如下参数:
外环采用PI调节后的系统开环Bode图见图7,从图中可以看出:系统在低频段50Hz处有50dB的增益,增益变大,说明系统的跟踪能变好,相位裕量为84o,说明系统的有良好的动态能。这个结论与后面的实验结果是致的。
4 实验结果
为了验证上述理论的正确,我们采用桥变换拓扑,试验参数与仿真参数致。其中逆变开关管采用IGBT:G4PC50UD,图8-图12是相关试验波形。电压反馈采样用LEM公司的LV28-P,电感电流采用LEM公司的LA58-P。LV28-P具有的,良好的线度,低温漂,*的反应时间,宽频带,无插入损坏,能力强的优点。LA58-P具有,线度好,过流能力强和好的特点。
图8是单台工作时,突加1kW负载,输出电压和电流波形,从图中可以看出,输出电压几乎没有变化,说明系统具有良好的动态特。图9是1kW负载下,两台并联时的电流波形,从图中可以看出,电流波形无论相位还是幅值都致,说明均流效果良好。图10为1kW负载下,台突然退出时的电流波形;图11为1kW负载下,台突然加入时的电流波形;图12为两台并联时,突加1kW负载时的输出电压和其中台的电流波形。从实验结果可以看出,系统并联下的动态能、均流效果较好。与前面的理论分析是致的。
本文从简单、实用的角度,提出了种共电压外环的主从并联方案并用相关实验进了验证。从图1以可以看出,在主模块和从模块中加入开关S1、S2就可以实现主从模块的切换,构成种循环分布式逆变电源并统。
共电压外环主从并联方案具有简单、实现方便、、均流效果好的优点,但是不能否认的是这种方案电流环的增益很小,因此母线对均流效果有很大影响;主从之间通过模拟信号相连,对EMI相当敏感等缺点。
参考文献
[1] Analysis and design of a multiple feedback loop control strategy for single-phase voltage-source UPS inverters Abdel-Rahim, N.M.; Quaicoe, J.E.; Power Electronics, IEEE Transactions on , Volume: 11 , Issue: 4 , July 1996 Pages:532 - 541
[3] Novel control for redundant parallel UPSs with instantaneous current sharing Yan Xing; Lipei Huang; Sun, S.; Yangguang Yan;Power Conversion Conference, 2002. PCC Osaka 2002. Proceedings of the , Volume: 3 , 2-5 April 2002 Pages:959 - 963 vol.3
[4] 逆变器并联的相位调制跟踪法及其相关的研究; 胡文斌博士论文
[5] Parallel operation of single phase inverter modules with no control interconnections Tuladhar, A.; Jin, H.; Unger, T.; Mauch, K.; Applied Power Electronics Conference and Exposition, 1997. APEC '97 Conference Proceedings 1997., Twelfth Annual , Volume: 1 , 23-27 Feb. 1997 Pages:94 - 100 vol.1
[6] 逆变器及其并联的研究; 朱志杰硕士学位论文
关键词:逆变器并联 主从方式 小信号模型
1 引言
随着现代通信、计算机网络和制造的发展,计算机和现代通信设备对电源的要求越来越。并联因其、系统扩容方便、易于化和模块化等优点而成为近年来研究的热点。逆变器的并联主要有集中式方案、主从式方案、平均电流瞬时值方案、有功无功方案、下垂特调节方案等。这些方案各有优缺点。本文从简单、实用原则出发,采用主从并联方案实现了两台1 k VA 逆变器的并联。第二节简单的描述了主从并统的结构;第三节用小信号模型详细的对单台逆变器建模,并分析各参数对系统的影响;第四节给出了相关实验波形和分析;zui后做了简单的总结。
2 主从逆变器并联模型
图1是两台基于主从方式的逆变器并联方案系统框图。
主从式并联方案工作原理如下:主模块采用输出电压外环、电感电流内环双环,以输出电压的正弦度、提系统的动态特、减小静态误差。主模块的电压参考信号Vref与输出电压相减,经PI调节后,作为电感电流的基准,此基准信号通过并联线同时作为从机模块的电感电流基准。由于主机和从机共用个电感电流基准。他们之间的耦合关系使得系统能够达到自动均流的效果,而不需要额外的均流器。基于共电压外环的主从并联方案具有如下优点:
Ø 不需额外均流电路,可以自动实现系统的均流功能
Ø 不需要额外的锁相环电路
Ø 设计简单,相对可靠
同时,由图1可以看出,在不考虑输出功率连接线阻抗的情况下,逆变器主从模块的设计与般单台逆变器的设计方法相同。下节采用小信号模型分析和设计单台逆变器参数。
3 单台逆变器小信号模型和参数设计
单台逆变器的模型见图2。其中Vdc是母线电压;Lf、Cf是逆变器的滤波电感和滤波电容;R是输出负载;Rf是滤波电感的等效电阻;M是占空比,是非线函数。由于滤波电容的等效电阻小,对系统的影响不大,般不予考虑。
上述模型是非线的,在SPWM工作方式下,如果载波频率fs远远大于基波频率f,则可以通过平均值模型进行线化。然后在静态工作点附近做扰动,得到逆变器的小信号方程如下:
就逆变器的方法而言,主要有单电压环瞬时值调节;电感电流内环、电压外环瞬时值调节;电容电流内环、电压外环瞬时值调节三种方案,考虑到并联时,为了减小环流,应尽可能的让逆变器呈电流源质,因此采用电感电流内环、电压外环瞬时值调节方案。其框图见图3。
电感电流内环空载、满载下的Bode图如图4。
图4电感电流内环空、满载下bode图 |
13991872250
029-88231631