基于一种无主从自均流逆变器并联装置的设计

1 引言

逆变器并联运行是提高系统可靠性和扩大系统容量的一种有效途径，广泛应用于不间断电源。逆变器并联系统的模块化、易扩展、高可靠性、大功率是未来研究的发展趋势。

此处设计的无主从自均流模块逆变器并联仅需检测各自输出的电压、电流及电网电源电压相位和频率，即可达到各模块输出电压同步和功率均分控制。模块间无主从之分，信号交流通过CAN总线传递，这样可尽量少地接收到干扰信号，提高系统可靠性。该装置采用DSP进行主要控制，FPGA辅助控制，系统响应快速，各逆变器之间进行热插拔不影响其余在线逆变器的稳定运行，从而实现无主从逆变器并联稳定运行和自动均流的目的。

2 逆变器并联均流策略

2.1 主电路拓扑

此处设计的无主从自均流逆变器并联系统拓扑结构如图1所示，主电路由两个全桥电路组成，第1个全桥H1对电网进行单位功率因数整流AC/DC，对电网污染少;第2个全桥H2进行DC/AC并联输出电压控制对负载供电，并保证各并联逆变器均分负荷且相互间无环流。Ls为电网侧工频电感，Cs为电网输入侧电容。直流滤波电容C构成直流电压的支撑环节，负载端采用T型滤波器Lo，Co，L1，系统并联向负载供电。

2.2 均流策略分析

图2示出两个逆变器并联的等效模型，多个逆变器模型与其类似，其中，u1，u2为逆变器1，2的空载电压，i1，i2为逆变器1，2的输出电流，Z1，Z2为逆变器1，2的等效输出阻抗，一般可近似等效为电抗，即Z1=Z2=jX，uo，io，Zo分别为并联母线的负载电压、负载电流和负载阻抗，且u1，u2与uo的相位差分别为φ1，φ2，即u1=U1∠φ1，u2=U2∠φ2，uo=Uo∠0°。

据图2和上述分析得出逆变输出电流为：

由上述功率分析可知，逆变器并联的输出有功功率近似仅与电压相位有关，输出的无功功率近似仅与电压幅值有关。2.3 并联系统控制策略

逆变器并联运行时，H2工作在正弦脉宽调制(SPWM)逆变模式，各逆变器首先通过测量各自输出电压ui和各自输出电流ii，计算出该模块输出的有功功率Pi和无功功率Qi，并传给其他模块。该模块将自身的有功、无功值与并联系统其他模块统计得到的平均功率Paver=∑(P1+P2+ …+Pn)/n和Qaver=∑(Q1+Q2+…+Qn)/n做差，经系统PI调节后得到第i个逆变器输出电压参考波的频率调节量△fi和幅值调节量△Umi。此外，各逆变器输出电压ui的频率采用跟踪电网电压us频率的方法，并实时检测ui与us的相位差和幅值差是否满足并联条件。控制策略框图如图3所示。

由图3可见，并联系统通过控制各逆变器输出功率无差达到输出电压无差，满足逆变器并联条件。各逆变器间通过CAN总线交换各自输出到负载的有功无功信号，每个逆变器都以平均功率作为功率参考值，将误差通过PI控制器调节电压频率和幅值的参考值，即在原有电压瞬时值内环和有效值外环基础上再加两个功率控制环。

系统自动检测逆变器工作台数，快速计算平均功率，当系统突加或突减一台时能迅速应对，保证系统继续稳定运行，实现系统热插拔功能。

2.4 功率计