趙魏
浙江大學 電氣工程學院 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: 本文從簡單、實用的角度出發，采用共電壓外環的主從并聯方案，實現了兩臺1 k VA 逆變器的并聯，并用小信號模型分析了單臺逆變器的建模和設計方法，zui后給出了相關試驗波形和結論。
從上圖可以看出，電感電流內環有低通濾波器質。但是存在較大的自激震蕩。內環的傳遞函數的相位裕量為 90o，但是負載變化對電流內環的開環增益影響很大。
電流環般采用P調節，我們取調節比例系數Kip=2。則電流環閉環Bode圖見圖5。
從圖5可以看出，電感電流采用P調節后，負載參數對內環增益特的影響減小。內環帶寬增大，呈現出好的低通濾波器質，在低頻段的相位誤差小。
從電流環的傳遞函數可以得出系統外環開環傳遞函數如下，Bode圖見圖6。
從上圖可以看出，系統的相位裕量為87.5o。轉折頻率為7.9k。為了減小輸出電壓和參考電壓之間的靜態誤差，采用PI調節是種比較好的方法。PI調節環采用如下參數：
外環采用PI調節后的系統開環Bode圖見圖7，從圖中可以看出：系統在低頻段50Hz處有50dB的增益，增益變大，說明系統的跟蹤能變好，相位裕量為84o，說明系統的有良好的動態能。這個結論與后面的實驗結果是致的。
4 實驗結果
為了驗證上述理論的正確，我們采用橋變換拓撲，試驗參數與仿真參數致。其中逆變開關管采用IGBT：G4PC50UD，圖8－圖12是相關試驗波形。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，*的反應時間，寬頻帶，無插入損壞，能力強的優點。LA58-P具有，線度好，過流能力強和好的特點。
圖8是單臺工作時，突加1kW負載，輸出電壓和電流波形，從圖中可以看出，輸出電壓幾乎沒有變化，說明系統具有良好的動態特。圖9是1kW負載下，兩臺并聯時的電流波形，從圖中可以看出，電流波形無論相位還是幅值都致，說明均流效果良好。圖10為1kW負載下，臺突然退出時的電流波形；圖11為1kW負載下，臺突然加入時的電流波形；圖12為兩臺并聯時，突加1kW負載時的輸出電壓和其中臺的電流波形。從實驗結果可以看出，系統并聯下的動態能、均流效果較好。與前面的理論分析是致的。
本文從簡單、實用的角度，提出了種共電壓外環的主從并聯方案并用相關實驗進了驗證。從圖1以可以看出，在主模塊和從模塊中加入開關S1、S2就可以實現主從模塊的切換，構成種循環分布式逆變電源并統。
共電壓外環主從并聯方案具有簡單、實現方便、、均流效果好的優點，但是不能否認的是這種方案電流環的增益很小，因此母線對均流效果有很大影響；主從之間通過模擬信號相連，對EMI相當敏感等缺點。
參考文獻
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關鍵詞：逆變器并聯 主從方式 小信號模型
1 引言
隨著現代通信、計算機網絡和制造的發展，計算機和現代通信設備對電源的要求越來越。并聯因其、系統擴容方便、易于化和模塊化等優點而成為近年來研究的熱點。逆變器的并聯主要有集中式方案、主從式方案、平均電流瞬時值方案、有功無功方案、下垂特調節方案等。這些方案各有優缺點。本文從簡單、實用原則出發，采用主從并聯方案實現了兩臺1 k VA 逆變器的并聯。第二節簡單的描述了主從并統的結構；第三節用小信號模型詳細的對單臺逆變器建模，并分析各參數對系統的影響；第四節給出了相關實驗波形和分析；zui后做了簡單的總結。
2 主從逆變器并聯模型
圖1是兩臺基于主從方式的逆變器并聯方案系統框圖。
主從式并聯方案工作原理如下：主模塊采用輸出電壓外環、電感電流內環雙環，以輸出電壓的正弦度、提系統的動態特、減小靜態誤差。主模塊的電壓參考信號Vref與輸出電壓相減，經PI調節后，作為電感電流的基準，此基準信號通過并聯線同時作為從機模塊的電感電流基準。由于主機和從機共用個電感電流基準。他們之間的耦合關系使得系統能夠達到自動均流的效果，而不需要額外的均流器。基于共電壓外環的主從并聯方案具有如下優點：
Ø 不需額外均流電路，可以自動實現系統的均流功能
Ø 不需要額外的鎖相環電路
Ø 設計簡單，相對可靠
同時，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計與般單臺逆變器的設計方法相同。下節采用小信號模型分析和設計單臺逆變器參數。
3 單臺逆變器小信號模型和參數設計
單臺逆變器的模型見圖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是輸出負載；Rf是濾波電感的等效電阻；M是占空比，是非線函數。由于濾波電容的等效電阻小，對系統的影響不大，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遠遠大于基波頻率f，則可以通過平均值模型進行線化。然后在靜態工作點附近做擾動，得到逆變器的小信號方程如下：
就逆變器的方法而言，主要有單電壓環瞬時值調節；電感電流內環、電壓外環瞬時值調節；電容電流內環、電壓外環瞬時值調節三種方案，考慮到并聯時，為了減小環流，應盡可能的讓逆變器呈電流源質，因此采用電感電流內環、電壓外環瞬時值調節方案。其框圖見圖3。
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電感電流內環空載、滿載下的Bode圖如圖4。
圖4電感電流內環空、滿載下bode圖 |
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