逆变器输出电压低电压输出有些慢

电压电流双闭环反馈逆变器并联控制67
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电压电流双闭环反馈逆变器并联控制67
第29卷第10期2009年10月;■―■■■■●―●■_●―●■―●―――●―■●;II●―●■●●■―■_●_―■――――■●―_;电力自动化设备E1PPtrirPower柚;V01.29No.10Oct.2009;电压电流双闭环反馈逆变器并联控制;徐顺刚l'2,许建平1,曹太强1;(1.西南交通大学电气工程学院,四川成都6100;摘要:对电压电流双闭环反
第29卷第10期2009年10月■―■■■■●―●■_●―●■―●―――●―■●―●_■一IIII●―●■●●■―■_●_―■――――■●―_――■―――■―■―_―■_―_____――■―■_●●―■_―――■●●■●―■■―――●―■――●―■―■●■_■_电力自动化设备E1PPtrirPower柚。mati。nEquipmⅢV01.29No.10Oct.2009@电压电流双闭环反馈逆变器并联控制徐顺刚l'2,许建平1,曹太强1(1.西南交通大学电气工程学院,四川成都610031;2.重庆师范大学物理学与信息技术学院,重庆400047)摘要:对电压电流双闭环反馈控制单相逆变器的输出特性进行了研究,给出了单相逆变器并联系统的等效模型.分析了并联系统中电流环流与逆变器基准信号幅值和相位的关系。并在此基础上提出了一种通过对逆变器输出电流进行有功、无功分解,然后对基准信号的幅值和相位进行解耦控制的逆变器并联控制策略。针对单相逆变器的有功、无功电流分解问题.通过构造三相对称电流.运用瞬时无功理论对输出电流进行有功、无功分解,从而得到输出有功电流、无功电流并给出电流分解的实现框图。基于上述原理研制了实验样机。实现了2台2kV?A逆变器的并联运行控制.实验结果验证了所提出方法的可行性和有效性。关键词:均流:逆变器:环流:锁相环;有功功率:无功功率中图分类号:TM7l文献标识码:A文章编号:1006―6047(2009)10―0103―040引言在逆变电源设计中.多台逆变器并联运行是提高电源容量和增加系统可靠性的有效方法。逆变器并联运行的关键在于负载电流的分配.要使负载电流在每台逆变器之间均匀分配.就需要保证每台逆变器输出电压的幅值、相位及频率保持一致.否则将产生环流。负载电流分配不均将有可能造成个别逆变器过载.此外环流的存在将降低整个并联系统的效率及可靠性【1.31。目前.常用的逆变器并联控制策略主要有主从控制陆51、无互联线控制【6-8]及分散逻辑控制[9_12]3种,其中以采用环流功率进行均流控制的分散逻辑控制应用最为广泛。该控制思想是由建立在并机阻抗为感性基础上的电力系统同步电机并网理论演化而来.认为输出有功功率取决于相位差.输出无功功率取决于幅值差[B]。但是.为了减小装置的体积和提高系统的输出特性.一般采取减小甚至去除并机电感的并联方式.此时.逆变器的并机阻抗特性受逆变器反馈控制参数的影响较大.并联系统的均流性能不理想[141。本文分析了电压电流双闭环反馈控制单相逆变器并联系统中环流与逆变器基准信号幅值和相位的关系,提出了一种对逆变器输出电流进行有功、无功分解.然后对基准信号的幅值和相位进行解耦控制的并联控制策略,实验结果验证了该控制策略的可行性和有效性。收稿日期:2009―06―10;修回日期:2009―08一Ol基金项目:国家自然科学基金资助项目(50677056);“十一五”1逆变器并联控制原理单相逆变器由逆变桥和LC输出滤波器组成.通常采用输出电容电压瞬时值和滤波电感电流瞬时值双闭环反馈控制结构。电压外环采用比例积分(PI)调节器.控制输出电压u。跟踪基准正弦波电压u村的变化,k。。和札分别是PI调节器的比例和积分系数。PI调节器的输出作为电流给定id;电感电流内环采用比例(P)调节器,kH为比例调节系数,控制电感电流i,跟踪电流给定。的变化,提高系统的动态响应能力。双闭环反馈控制的单相逆变器结构框图如图1所示。图1双闭环反馈控制单相逆变器结构框图Fig.1Single-phaseinverterclosed-loopcontrolwithdual双闭环反馈控制单相逆变器可以看作是理想电压源和其等效输出阻抗的串联.理想电压源的电压值为逆变器的空载输出电压。“。=C(s)u一-Z(s)io(1)其中,G(s)是增益系数,Z(s)为等效输出阻抗。它们都与逆变器输出滤波器参数£、C和双闭环反馈控制参数kp。,kk、kH有密切的关系,如式(2)和式(3)所示。国家科技支撑计划(2009BAGl2A05)G(s)2丽再面殍kruk可pis甬+k蕊r,lkk面丽(2)万方数据@电力自动化设备第29卷驯=丽瓢蕊可Ls2+丽kR赢s丽(3)由于等效输出阻抗为复阻抗.可看作是纯电阻和纯电感串联构成。因此.可以把2台双闭环反馈控制单相逆变器构成的并联系统等效为如图2所示电路。图2并联逆变器等效电路图Fig.2Equivalentcircuitofparalleloperatinginverters图2中厶=盟絮秽,’:垦!!旦!垒±j墅翌垒)二堡~(4)R2+jX2/o=Il+/22台逆变器间的环流定义为[151,H=(,l一,2)/2(5)在并联逆变器系统设计中.每个逆变器模块的参数都相同.因此有其中,‰、Ⅱ皿分别为2台逆变器模块的基准正,H-篇潞@一‰)(6)弦波信号。环流可以分解为有功环流和无功环流.当2台逆变器基准信号相位相同而幅值变化时.基准信号电压幅值大的逆变器发出有功环流和无功环流.而基准信号电压幅值小的逆变器则吸收有功环流和无功环流。当基准信号电压幅值相同而相位变化时。基准信号相位超前的逆变器发出有功环流.吸收无功环流.而基准信号相位滞后的逆变器则吸收有功环流.发出无功环流。2有功电流和无功电流分解逆变器并联控制的关键是控制每个逆变器模块的有功电流和无功电流.只要并联系统中每个逆变器模块的有功电流和无功电流完全相等,逆变器模块之间就没有电流环流.负载电流就能够在并联系统中均匀分配。传统理论中的有功和无功都是在平均值基础上定义的。而瞬时无功理论是在瞬时值的基础上定义.不仅适用于正弦波.也适用于非正弦波和任何过渡过程。对于单相逆变器而言.要想计算有功电流和无功电流的瞬时值,都需要借助于瞬时无功理论中的方法。?由于瞬时无功理论是基于=三相系统来定义的.对于单相逆变器,首先需要根据输出电流i。构造三相电流【16J.令万方数据将i。延时rr/(3to)并反相得到i。,再用i。和i。构造ib得:ib=-i。-i。(8)显然,ia,i。…i为对称的三相电流,然后将其变换到a一届轴上得到瞬时分量i。和iB:[批引㈩tp2一争一}LqB2丁0丁V3-一丁V3-再运用瞬时无功功率理论对其进行d―q变换.即可得到单相逆变器输出的有功电流和无功电流:[::】=%引(10)%=[一csi。n。t∞ot。-“cons州wt]矩阵c加中sintOt是与逆变器输出电压同频的正弦波.它是由PLL电路得到的。利用瞬时无功理论对单相逆变器输出电流进行有功和无功分解的原理框图如图3所示.分解得到的有功电流i。和无功电流i。经过低通滤波器(LPF)滤除高频分量后就得到了有功电流和无功电流的瞬时值i,和i。。图3有功电流、无功电流分解Fig.3Blockdiagramofactiveandreactivecurrentdecomposition3并联控制策略实现在并联系统中.第i台逆变器模块输出的有功功率、无功功率与该模块输出电压的幅值和相位的关系满足:由于P=Eoi,/、/丁,Q=Eoi。/、/虿,因此有攀iS.,n--"i(RE尺i2-+RXE20+XEi‘¥i)一一一(12)~一―――1瓦讶r―一i:型2(墨墨=堡堡垒=墨虽)根据式(12)可以得到根据有功环流和无功环流进行逆变器输出电压幅值、相位调节的解耦控制策略,如图4所示。通过对逆变器模块输出电压幅值和第10期徐顺刚.等:电压电流双闭环反馈逆变器并联控制@■●lI――――――图4解耦控制策略Fig.4Decouplingcontrolstrategy相位的调节.使每个逆变器模块输出相同大小的有功电流和无功电流.消除逆变器模块之间的电流环流.从而使各模块输出电流实现完全均流。在逆变器模块中,对输出电压、输出电流的瞬时采样.计算输出的有功电流和无功电流.以及解耦控制策略的实现,都可以由数字信号处理器完成。4实验结果基于上述分析及设计.本文使用2台2kV?A的逆变器进行并联实验.逆变电源的输出滤波电感为500汕H,输出滤波电容为10¨F,逆变电源的输入直流母线电压为200V.输出交流电压为110V/50Hz.双闭环反馈控制参数为kpu=5,k,F1,J|}h。=100。闭环控制、解耦算法和SPWM控制信号产生都由rrI公司数字信号处理芯片TMS320F2812处理器完成。图5和图6为稳态时2台逆变器的输出波形.图7和图8分别为突增负载电流(负载电阻从50Q改变为15n)和突减负载电流(负载电阻从15n改变为50Q)时2台逆变器的输出电流波形,从实验波形可以看到.系统中2台逆变器的输出电流一致性非常好.负载电流被均匀的分配到了2台逆变器中。在稳态时.2台逆变器的环流非常小,在突增负载和突减负载时。也能很好地均流。密≥3墨蹶底鳃艇絮1j公..灸0八八/、轰2V\/i:U≮缝∥10ms/格图5阻性负载电压、电流波形Fig.5VoltageandcurrentwaveformswithresistiveIoad、\¨/1/、蜒\≯02◇"i斗ii◇:一心?A。‘:厂心r《o?iV∥/i\’/蜒\《n濒熬::V:V:10ms/格图6阻感性负载电压、电流波形Fig.6Voltageandcurrentwaveformswithinductiveload万方数据IIIIIII●I●____■-ll■__l■●l_l_●_l_l_--_I…}≯≯_;7群:^:≯;I■0≥;.密,‘、‘,1、■,―●●一―●k』慕:燕:臻》\o2√{‘V;+VA‰A{2.携物lOms/格图7突增负载波形Fig.7Voltageandcurrentwaveformswithsuddenloadincrease…≥一0…I!.;…i…;.,i…礴:底::移:k瓜:::―鼻、‘=:密\>o触.ii…●【^一2嵫移】0ms/格图8突减负载波形Fig.8Voltageandcurrentwaveformswithsudden10addecrease5结论本文研究了使用电压电流双闭环反馈控制的单相逆变器构成的并列逆变器系统.发现系统的环流不但与逆变器的基准信号的相位和幅值紧密相关.并且与逆变器反馈控制环路的参数关系很大。在对并联环流定量分析的基础上.提出了一种对逆变器输出电流进行有功、无功分解.然后对基准信号的幅值和相位进行解耦控制的并联控制策略.最后通过实验验证了该控制策略的可行性和有效性。参考文献:[1]何中一.邢岩,付大丰.模数混合分布式逆变器并联控制方法[J].中国电机工程学报,2007.27(4):113.117.HEZhongyi,XINGYah,FUDafeng.Distributedhybridcurrentsharingcontrolforinvertersinparalleloperation[J].ProceedingsoftheCSEE,2007,27(4):113-117.[2]段善旭,刘邦银,康勇,等.UPS并联系统的SPWM再调制控制技术研究[J].中国电机工程学报,2004,24(1):80.86.DUANShanxu.LIUBangyin.KANGYong,eta1.鸭etechniques0fSPWMre.modulationofUPSinparalleloperation[J].Pro-ceedingsoftheCSEE,2004,24(1):80-86.[3]SUNXiao,WONGLikkin,LEEYimshu.eta1.Designandanalysisofanoptimalcontrollerforparallelmulti―invertersystems[J].IEEETransonCircuitsandSystems,2006,52(1):56―61.[4]PEIYunqing,JIANGGuibin。YANGXu,eta1.Auto-master?slRvecontroltechniqueofparallelinvertersindistributedACpowersystemsandUPS[C]∥IEEEPowerElectronicsSpecialistsCon.ference.Aachen。Germany:IEEE.2004:2050―2053.[5】ZHANGChunjiang,CHENGuitao.GUOZhongnan。eta1.Anal―ternating―master―salveparalleleontrolresearchforsinglephaseparalleledinvertersb∞edonCANbus[C]∥IEEEPowerElee.troniesandMotionControlConference.Shangllai。China:IEEE,2006:1.5.[6]GUERREROJM,deVICUNALG,MATASJ,eta1.AwirelesscontrollertoenhancedynamicperformanceofparaUelinvertersindistributedgenerationsystems[J].IEEETransonPowerSociety.Aachen,Germany:IEEE,1998:568―573.Electronics.2004,19(5):1205.1212.[14]余密,康勇,张宇,等.基于环流阻抗的逆变器并联控制策略[J].中国电机工程学报.2008,28(18):42.46.YUMi,KANGYong,ZHANGYu,eton[7]7rULADHARA,JINH,UNGERT,eta1.Controlofparallelin―veTtergindistributedACpowersystemsonwithconsiderationofa1.Researchollanovellineimpedanceeffect[J].IEEETrimsIndustrialApplications。2000。36(1):131.137.current―sharingschemebasedcirculatingimpedanceof[8]LINXinchun,FENGFeng,DUANstabilityanalysisfortwoShanxu,etUPSwitha1.Modelingnoandmulti-inverterparallel2008.28(18):42.46.system[J].ProceedingsoftheCSEE,paralleledcontrolinter-connection[c]//IEEEElectricMachinesandDrivesConference.Wisconsin,USA:IEEE.2003:1772.1776.[15]姜桂宾。裴云庆,杨旭,等.SPWM逆变电源的无互联线并联控制技术[J].中国电机工程学报,2003。23(12):94―98.JIANGtion[9]肖岚,陈良亮,李睿.等.基于有功和无功环流控制的DC.AC逆变器并联系统分析与实现[J].电工技术学报,2005,20(10):7一11.xIAOLan,CHENLiangliang,LIRui,eta1.Analysisandrealiza-tionofDC.ACinverterparallelsystembasedonactiveandre.activeGuibin,PEIYunqing,YANGXu,eta1.Parallelwaveinvertersopera-ofsinusoidwithoutcontrolinterconnections[J].Proceedings[16]戴瑜兴,张义兵。陈标达.检测单相系统谐波电流和无功电流的一种新方法[J].电工技术学报,2004,19(2):93.97.DAIYuxing,ZHANGYibing,CHENapproachtooftheCSEE。2003.23(12):94.98.circulating-currentcontrol[J].TransactionsofChinaElec?trotechnicalSociety,2005,20(10):7-11.Biaoda.Anoveldetection[10]马学军,张志刚,李伟.基于DSP的无主从双模块单相逆变器并联控制技术[J].电力自动化设备,2009,29(2):llO.112.MAXuejun.ZHANGZhigang.LIWei.Parallelcontroltechno-logyofonharmonicandreactivecurrentsofasingle?phasesystem[J].TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety,2004。19(2):93-97.single―phaseinverterwithdualequitymodulesbased(责任编辑:柏英武)DSP[J].ElectricPowerAutomationEquipment,2009,29(2):作者简介:llO.112.【l1]CHENGYeongjia,SNGEKkAnovelcommunicationstrategyfordecentralizedcontrolofparalleledmulti.invertersystems[J].IEEETransonPowerElectron,2006.21(1):148.156.[12]王宪生,李先祥,李宏.基于高频链并联逆变器控制系统设计[J].电力自动化设备,2008,28(5):91.94.WANG徐顺刚(1975一)。男,重庆人,博士研究生,主要从事大功率开关变换器、电力电子与电力传动方面的研究(E.mail:shungang_xu@163.corn);quencyXiansheng,LIXianxiang.LIHong.Designofhigh?frc―linkparallelinvertercontrolsystem[J].ElectricPower许建平(1963一),男,贵州贵阳人,教授,博士研究生导师,从事电力电子与电力传动方面的研究:曹太强(1969一),男,四川自贡人。博士研究生,主要从事大功率开关变换器及光伏发电、电力电子与电力传动方面的AutomationEquipment,2008.28(5):9l-94.[13]LEECS。KIMS,KIMCB.eta1.ParallelUPSwithainstan.taneouscurrentsharingcontrol[C]//IEEEIndustrialElectronics研究。Controlofparalleloperatinginverterwithvoltageandcurrentclosed-loopsxuShungan91…,XUJianpin91,CAOTaiqian91Engineering,SouthwestJiaotongUniversitv,andInformationTechnology.(1.SchoolofElectricalChengdu610031,China;2.CollegeofPhysicsChongqingAbstract:TheareNormalUniversity,Chongqinginverterwith400047,China)voltageandcurrentoutputcharacteristicsofsingle―phaseofparallelandclosed―loopcontrolsanalyzedandtheequivalentmodeloperatingrelationshipbetweenbasedactiveonthecirculatingcurrentcontrolstrategythesingle―phaseinvertersystemisintroduced.Theamplitudeandphaseofinverterreferenceisanalyzed.invertersystemisproposed.Itdecomposesthedecoupledcontrolofaccordingtothewhichtheofparalleloperatingreactivecomponentsofinverteroutputcurrentandthencarriesouttheinverterreferenceamplitudeandphase.Athree-phasesymmetricalcurrentisconstructedinstantaneouscurrentandreactivepowertheorytodecomposei8theactiveandreactiveiscomponentsofinverteroutputdevelopedandthecontroloftwoparalleloperating2kV?Ainvertersisrealized.Theexperimentalresultsshowitsfeasibilityandeffectiveness.ThisprojectissupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(50677056)andtheNationalgiven.TheprototypeSdence&TechnologyPillarProgramduringthellthFive-YearPlananditsimplementationblockdiagramPeriod(2009BAGl2A05).power;reactivepowerKeywords:currentsharing;inverter;circulatingcurrent;PLL;active万方数据电压电流双闭环反馈逆变器并联控制作者:作者单位:徐顺刚, 许建平, 曹太强, XU Shungang, XU Jianping, CAO Taiqiang徐顺刚,XU Shungang(西南交通大学,电气工程学院,四川,成都,610031;重庆师范大学,物理学与信息技术学院,重庆,400047), 许建平,曹太强,XU Jianping,CAO Taiqiang(西南交通大学,电气工程学院,四川,成都,610031)电力自动化设备ELECTRIC POWER AUTOMATION EQUIPMENT)0次刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数: 参考文献(16条) 1.何中一.邢岩.付大丰 模数混合分布式逆变器并联控制方法 .段善旭.刘邦银.康勇 UPS并联系统的SPWM再调制控制技术研究 2004(01)3.SUN Xiao.WONG Likkin.LEE Yimshu Design and analysis of an optimal controller for parallel multi-inverter systems 2006(01)4.PEI Yunqing.JIANG Guibin.YANG Xu Auto-master-slave control technique of parallel inverters indistributed AC power systems and UPS 20045.ZHANG Chanjiang.CHEN Guitao.GUO Zhongnan An alternating-master-salve parallel control research forsingle phase paralleled inverters based on CAN bus 20066.GUERRERO J M.de VICUNA L G.MATAS J A wireless controller to enhance dynamic performance ofparallel inverters in distributed generation systems 2004(05)7.TULADHAR A.JIN H.UNGER T Control of parallel inverters in distributed AC power systems withconsideration of line impedance effect 2000(01)8.LIN Xinchun.FENG Feng.DUAN Shanxu Modeling and stability analysis for two paralleled UPS with nocontrol interconnection 20039.肖岚.陈良亮.李睿 基于有功和无功环流控制的DC-AC逆变器并联系统分析与实现 .马学军.张志刚.李伟 基于DSP的无主从双模块单相逆变器并联控制技术 2009(02)11.CHENG Yeongjia.SNG E K K A novel communication strategy for decentralized control of paralleledmulti-inverter systems 2006(01)12.王宪生.李先祥.李宏 基于高频链并联逆变器控制系统设计 2008(05)13.LEE C S.KIM S.KIM C B Parallel UPS with a instantaneous current sharing control 199814.余密.康勇.张宇 基于环流阻抗的逆变器并联控制策略 .姜桂宾.裴云庆.杨旭 SPWM逆变电源的无互联线并联控制技术 2003(12)16.戴瑜兴.张义兵.陈标达 检测单相系统谐波电流和无功电流的一种新方法 2004(02) 相似文献(10条)1.会议论文 余蜜.陈国英.张宇.康勇.段善旭 多逆变器并联系统中瞬时均流的研究 2008目前,多逆变器并联系统除了部分带电流环的具有瞬时均流功能,其他逆变并联系统都只采用均值均流控制策略。本文提出了通过引入环流阻抗调节器来实现瞬时均流的新型控制策略。该控制策略不仅可以在电压电流双环控制逆变器并联系统实现瞬时均流,也可以在电压单环并联系统实现瞬时均流。本文以PID电压闭环控制的多逆变器并联系统为例,本文对该系统建立了数学模型。以此模型为基础,本文分析了并联系统输出电压特性及逆变模块之间环流特性。本文提出了通过环流阻抗调节器进行瞬时均流的控制策略。2.学位论文 张怀梅 多逆变器并联控制技术研究 2005针对目前逆变器并联控制中存在的电压调节慢、系统动态性能不好以及非线性负载的调节不理想等问题,本论文提出了基于H∞鲁棒控制的均流控制器的设计方法,并对并联控制系统的工作原理、控制策略和系统设计等问题进行了深入的研究,其主要内容如下:1、逆变器性能的优劣将直接影响逆变器的并联性能。因此本文首先介绍了单逆变器模块的设计,主要包括逆变器的数学模型的建立、对系统控制参包含各类专业文献、文学作品欣赏、幼儿教育、小学教育、行业资料、应用写作文书、电压电流双闭环反馈逆变器并联控制67等内容。 
 2 逆变器并联的理论分析 2.1 单台逆变器的模型分析 本文采用电压电流双闭环控制的半桥逆变器,如图 1 所示为双闭环控制系统的控制模型,其中外环 为输出电压瞬时...  双闭环控制并联逆变器的建模分析……….7 4 转速与电流双闭环直流自动调速系统...所以处于并联工作时的电压电流双闭环控制逆变器单模 块系统电路模型如图 3- 2 ...  一、选择题 1.转速电流双闭环调速系统中的两个调速器通常采用的控制方式是 A....电压方程 B.磁链方程 C.转矩方程 31 在无静差的转速负反馈系统中,下面哪个量...  逆变电源并联均流的电压与电流瞬时值反馈控制方案 逆变电源并联均流的电压与电流...双闭环控制波形 基于模糊聚类分析的逆变电源并网运行的孤岛检测 基于模糊聚类分析...  2011-12 运动控制考试题答案完整版_工学_高等教育_...称为 电压源 电压源__型逆变器,其输出交流电 直,...、转速电流双闭环调速系统, ACR 有哪些作用?其输出...  是否在“接通”位置,然后 在检查控制回路电压是否...49、转速电流双闭环调速系统中,转速调节器的输出电压...―直―交变频器一般由整流器、滤波器、逆变器等...  大。 逆变 状态。 4. 晶闸管-电动机反并联可逆...2. 在直流双闭环调速系统中,电流调节器各有哪些...在电压负反馈、电流正反馈调速系统中,系统可以抑制 ...  129-162 [3]徐顺刚,许建平,曹太强.电压电流双闭环反馈逆变器并联控制[J].电力自动化设备,):103-106 [4]肖岚,李睿.电压电流双闭环控制逆变器并联...  组逆变和它组制动两阶段(√) 13 转速电流双闭环...器通常采用的控制方式是 A.PID A.越小 A.降电压...34、采用两组晶闸管反并联的可逆 V-M 系统,如果...

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