一种逆变器均流控制方法

袁立军

（海军驻上海江南造船(集团)有限公司军事代表室，上海 201913）

一种逆变器均流控制方法

袁立军

（海军驻上海江南造船(集团)有限公司军事代表室，上海 201913）

在逆变器均流控制方法中，下垂控制和平均功率控制都需要精确计算逆变器输出有功功率和无功功率以控制输出电压的幅值和相角（频率）。在轻载和空载情况下，由于输出电流很小，电流采样和功率计算存在很大误差，有功功率环流会造成直流母线过压故障甚至损坏逆变器。本文采用电感电流代替输出电流计算逆变器输出有功功率和无功功率，并通过改变电感电流采样时刻提高了功率计算的精度。利用两台三相四线逆变器并联系统验证了理论分析的正确性，实验证明运用该功率计算方法取得了良好的并联均流效果。

逆变器；有功功率无功功率计算；并联；均流控制

0 引言

逆变器并联系统由于具有N+X冗余性、可扩展性、高可靠性以及易维护等优点越来越广泛地应用于重要负载的供电以及停电保护中。

现有的逆变器并联控制方法[1]主要有3种，即瞬时平均电流控制方法、无线并联下垂控制方法以及有功功率无功功率控制方法。瞬时平均电流控制[2-5]利用平均电流总线信号与自身输出电流的差即瞬时环流指令来调节逆变器的输出电流，从而使负载电流在并联系统中均匀分配。平均电流总线上的信号可由并联系统中逆变器输出电流总和的平均值产生[6]，也可由输出电流最大的逆变器产生[7]。

本文采用有功功率和无功功率控制方法实现负载电流的均分。由于在空载和小功率负载情况下输出电流很小，带来很大的采样误差和功率计算误差，这影响并联系均电流控制精度和稳定性。采用电感电流来计算逆变器输出功率以及改变电感电流采样时刻来实现轻载和空载情况下精确的功率计算，从而提高整个逆变器系统的均流特性和稳定性，试验结果证实了该方法的正确性。

1 有功功率无功功率均流控制

图1为并联逆变器 逆变部分电路原理图，图2为两台并联逆变器逆变部分控制框图。最外面是功率控制环，用来调节输出电压的幅值和相角。单台逆变器逆变部分采用输出电压外环和电感电流内环控制。

图1 两台并联逆变器逆变部分电路图

图2 两台并联逆变器、逆变控制框图

2 功率计算方法

图3为逆变器单相电路原理图；图4(a)为S1导通时逆变器等效电路图；图4(b)为S2导通时逆变器等效电路图。由图4(a)、(b)可得到如下公式

图3 逆变器单相电路原理图

图4 导通时逆变器等效电路图

图5为逆变器关键波形,Uref(t)为输出参考电压，Uc(t)为三角载波，Uin是逆变器开关侧电压波形，U0是输出电压波形，UL是输出滤波电感上电压波形。

假设U0(t)=Usin(ωt)，

图5 逆变器关键波形

图6为逆变器输出滤波电感上电压和电流波形。

图6 输出滤波电感上电压和电流波形

由图6可知，电感电流在不同阶段的表达式：

滤波电感电流的平均值为

由式(4)～(8)，可得到电感电流的初始值iL0(k)如式(9)所示。

图7为输出滤波电感电流波形。由图7可知，电感电流的两个采样值iLS1(k)和iLS2(k)。

由式(10)、(11)知有功功率的理论估计值为

图7 输出滤波电感电流波形

3 有功功率理论估计值与采样时刻的关系

图8为在不同负载情况下(空载，500、5000W)有功功率的理论估计值Pcal与采集时间Td关系的曲线。可看出，有功功率的计算精度与采集时刻 Td有很大的关系，特别是在轻载和空载的情况下。合理选取采样时间可提高有功功率(Pcal)的计算精度，对于无功功率计算也是如此，从而提高整个并联系统的均流特性和稳定性(P=U20/2R)。

图8 不同负载情况下有功功率的理论估计值Pcal与采样时间Td关系的曲线

4 实验结果

图9为空载情况下两台逆变器并联A相电流波形。图10为在阻性负载情况下，两台30kVA 逆变器并联A相电流波形。从实验波形可看出，运用新的功率计算方法后两台逆变器输出电流基本重合，取得了良好的均流效果。

图9 空载时两台并联逆变器输出A相电流波形

图10 阻性12kW负载时两台并联逆变器输出A相电流波形

5 结论

本文介绍了用于并联逆变器系统均流控制的一种新的有功功率无功功率精确计算方法，采用输出滤波电感电流代替输出电流计算有功功率和无功功率，并且合理选取采样时间Td可提高空载和轻载情况下输出功率计算的准确性，从而提高系统的均流特性和稳定性。实验结果证明了理论分析的正确性，并联逆变器系统在不同负载情况下都取得了良好的均流效果。

[1] Duan S X, Yu M，Xiong J, et al. Parallel operation control technique of voltage source inverters in[C]//IEEE PEDS,1999: 883-887.

[2] Lee C S, Kim S, Kim C B, et al. Parallel with a instantaneous current sharing control[C] //IEEE IECON，1998: 568-573．

[3] Chen J F, Chu C L. Combination voltage-controlled PWM inverter for parallel operation[J]. IEEE Trans. on Power Electronics, 1995, 10(5): 547-558．

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[5] Chiang S J, Lin C H, Yen C Y. Current limitation control technique for parallel operation of inverters[C]// IEEE 35th AnnualPower Electronics Specialists Conference,2004,36:1922-1927.

[6] Tuladhar A. Parallel operation of single-phase inverter modules with no control interconnections[C]//IEEE APEC, 1997:94-100．

[7] Jensen B, Blaabjerg F, Enjeti N P. Sharing of nonlinear load in parallel connected three-phase converters[C]//IEEE Industrial Applications Soc. Conf, New Orleans LA, 2000, 4: 2338-2344.

Control Methods of Load-sharing Control of Inverter

YUAN Li-jun
(Navy Military Agent’s Office in Shanghai Jiangnan Shipyard (Group)Co., Ltd., Shanghai 201913, China)

In some paralleled inverter control strategies such as output droop method and active and reactive power control method,inverter output active and reactive power are used to control the phase (frequency)and amplitude of output voltage reference. So inverter output power must be calculated, otherwise the paralleled inverter system cannot achieve good load-sharing quality. In light or without load conditions, active circulation current can cause high DC voltage error or even damage the machine. In this paper, the output filter inductor current is used instead of output current to calculate inverter output active and reactive power. It is also found that changing the sample time of inductor current can greatly increase the accuracy of power calculation. Theory analysis of power calculation is presented. The experiments show that using two digital controlled three-phase four-wire paralleled inverter systems are presented to show the correction of the theory analysis.

inverter; active and reactive power calculation; parallel; load-sharing control

TM41

A

袁立军（1972-）， ，硕士研究生，工程师。研究方向：舰船电气。