基于MATLAB的逆變器無線并聯的仿真設計

國 海，李踴鹿

（1.安徽科技學院工學院，安徽鳳陽233100；2.黑龍江省機械科學研究院，黑龍江哈爾濱150001）

隨著科技和經濟的發展，人們對電能的供應要求日益提高，既要保障供電的可靠性，又要提供高質量穩定的電能，高性能、高可靠性的電源設計已成為電力電子領域的一個重要的組成部分[1]。

逆變電源并聯運行可實現電源系統的冗余，是提高逆變電源供電系統的可靠性和擴大供電容量的重要技術手段，已成為一種有效的電力供應方式[2]。

1 逆變器的設計

1.1 逆變器主電路

逆變器的主電路拓撲采用圖1的橋式拓撲結構。

L為連線電感，r為濾波電感的等效電阻，R為等效負載，為簡化分析可暫時設變壓器原、副邊的匝數比N=N1/N2=1。

1.2 輸出濾波器設計[3-4]

逆變器的輸出電壓中不僅包含了50Hz正弦波，還包含了開關頻率分量及其倍數諧波。為了得到50Hz的標準正弦波電壓，需要在逆變器的輸出端設置LC濾波器，濾掉高次諧波而得到純正的50 Hz的正弦波電壓。

選擇LC濾波器的轉折頻率fn=2000 Hz，確定了濾波器的轉折頻率，也就確定了濾波電感L、濾波電容C值的乘積。而L取值考慮:取得過大將引起過大的基波輸出電壓降；取得太小，流過濾波器電感的最大諧波電流也就越大。

2 逆變器雙環控制器的設計[5]

基于輸出電感電流內環的電壓瞬時值反饋策略是逆變電源常用的一種方法。在該控制策略中，濾波電感電流內環對包含在環內的擾動(ΔUd)，如輸入電壓的波動、死區時間、電感參數的變化等影響能起到及時的調節作用，系統特性大大改善[6]。該方案的控制框圖如圖2所示。

圖3 雙閉環瞬時值反饋控制的逆變電源仿真實驗波形

圖3為雙閉環瞬時值反饋控制的逆變電源仿真實驗波形。設置系統仿真時間為1.2 s，在0.4 s時突加負載，在0.8 s時突卸負載。行計算處理分別得到有功功率P和無功功率Q的值，再對所得到的P、Q值按電壓頻率下垂和幅值下垂算法進一步計算，得到電壓角頻率f和幅值U（由這兩個量即確定了逆變電源的指令電壓Uref）

逆變電源的輸出電壓頻率下垂和輸出電壓幅值下垂公式為：

本文的無線并聯理論是以下垂理論為核心展開的，所以首先需要確保下垂理論在本系統的正確應用，逆變電源并聯系統仿真模型設置如下：

系統參數：L=0.66mH，r=0.01Ω，C=10μF，E=400 V，兩臺并聯運行。

指令參數：電壓幅值=310 V，電壓頻率=314 rad/s，下垂系數 m=0.0045，n=0.0001。

(1)兩臺逆變電源所有參數完全一致時，帶10Ω負載并聯運行的仿真結果如圖5所示。

如圖5所示，當兩臺逆變電源的所有參數完全一致時，下垂理論控制的并聯系統工作穩定，其輸出有功和無功都得到了很好的均分，每臺電源各提供系統總容量的一半，系統環流很小，基本為零。由此可以得出，下垂理論能夠在逆變電源并

經仿真實驗驗證：在雙閉環瞬時值反饋控制策略的控制下，在帶阻性負載尤其是整流負載時，電壓波形畸變較小，逆變電源輸出的電壓波形有很好的正弦性，電壓波形質量較高。

3 無互聯線逆變電源并聯系統控制策略的仿真[7-8]

采用并聯逆變電源的控制結構框圖如圖4所示，控制系統對逆變電源輸出側的電壓、電流進行采樣，然后對采樣值進聯系統中應用，并且在理想情況下，可以獲得良好的控制效果。

圖5 參數完全一致時并聯系統輸出波形

(2)逆變電源 1＃r為 0.01Ω，逆變電源 2＃r為 0.1Ω，其余參數一致時，帶10Ω阻性負載并聯運行的仿真結果如圖6所示。

從圖6可以看出，由于采用的電感電流反饋控制對r的影響有良好的抑制作用，所以兩臺逆變電源在r不同的情況下并聯運行情況良好，采用基本下垂理論仍能夠獲得很好的控制效果。

圖6 r不同時并聯系統輸出波形

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