逆變器并聯系統均流控制策略的研究

凌文青 祝龍記 楊盼盼

（安徽理工大學電氣與信息工程學院，安徽 淮南 232001）

逆變器并聯系統均流控制策略的研究

凌文青 祝龍記 楊盼盼

（安徽理工大學電氣與信息工程學院，安徽 淮南 232001）

針對逆變器并聯系統的系統環流，提出了一種基于解耦控制的逆變器并聯系統均流控制策略，對各逆變器設置一個獨立的逆變電壓調整電路，通過調節逆變電壓使各逆變器的輸出電壓均相等，同時采用電壓外環、電感電流內環的雙閉環控制方式來達到均分負載電流，即實現均流控制的目的。因各逆變電壓調整電路獨立控制，因而完成了逆變器并聯系統均流控制的解耦。在Matlab/Simulink下建立兩臺逆變器并聯系統仿真模型，仿真結果證實解耦控制下系統均流性能較為理想，系統環流較小。

逆變器；并聯系統；逆變電壓；解耦控制；雙環控制

逆變器并聯運行滿足了現代供電系統大功率化、高可靠性的需求，逆變器并聯運行的實現，重點在于各逆變器均分負載電流，達到均流控制的目的。近年來提出了多種逆變器并聯系統均流控制方法，瞬時電流控制、下垂控制、平均功率控制是目前3種常用的均流控制方式[1-2]，但因其各自都存在一定的不足，從而使系統均流性能不理想而使其推廣應用受到限制。

為此，本文提出一種基于解耦控制的逆變器并聯系統均流控制策略，對各逆變器施加一個獨立的逆變電壓調整電路，通過調節逆變電壓使各逆變器輸出電壓相等，同時采取電壓、電流雙閉環控制方式，實現逆變器并聯系統的均流控制，并通過仿真實驗證實在該控制方式下系統均流效果較為理想，并聯系統環流較小，且負載電流諧波含量也較少。

1 逆變器并聯系統環流的產生

逆變器的并聯運行，重點在于各逆變器均分負載電流，達到均流控制的目標。下面分析兩臺逆變器并聯運行情況，圖1為其等效電路。U1、U2為兩逆變器輸出電壓；輸出濾波器L1=L2=L，C1=C2=C；Z為公共負載。

環流的定義為

可得系統環流表達式：

由式（2）可知，各逆變器間只要存在輸出電壓矢量差就會產生系統環流，由于濾波電感L數值較小，即使輸出電壓差很小也會產生較大的環流電流，導致額外的有功功率損耗，甚至影響逆變器并聯系統的穩定運行，因此，進行均流控制十分必要。

圖1 并聯運行的兩臺逆變器等效電路

2 逆變器并聯系統環流解耦控制

2.1 系統環流解耦控制分析

由式（2）可知，逆變器并聯系統中各逆變器間之所以會產生環流，其根本原因在于各逆變器的輸出電壓間存在矢量差[3]。因此，本文提出一種基于解耦控制的均流控制策略來控制各逆變器間的系統環流。

圖2為基于解耦控制的逆變器i均流控制框圖。由圖可知，對各逆變器設置一個獨立的逆變電壓調整電路，各逆變器的逆變電壓調整電路均相同。調整電路包括3個部分，分別為逆變電壓采樣、低通濾波和逆變電壓調節[4]。為了使各逆變器都能對自身的逆變電壓進行采樣，各逆變器通過檢測電路對H橋的逆變電壓進行采樣，然后經低通濾波器和電壓調節電路調節得到逆變電壓反饋值（逆變器i）。反饋值作用到參考正弦信號上，再經過電壓、電流雙閉環調節器作用使本逆變器的輸出電壓等于負載電壓，即

則任意兩逆變器i、j間的電壓差為

由式（2）至式（4）可知，利用該均流控制策略可使各逆變器間的系統環流為零，達到均流控制的目的。由于各逆變電壓調整電路間相互獨立，因而完成了逆變器并聯系統均流控制的解耦。

2.2 系統環流解耦控制的實現

逆變電壓調整電路由電壓傳感器、低通濾波器和PI電壓調節器組成，圖3為其控制框圖。通過對

圖2 基于解耦控制的逆變器i均流控制框圖

圖3 逆變電壓調整電路框圖

最后urefi經電壓、電流雙閉環控制器調節，使得各逆變器輸出電壓相等，達到逆變器并聯系統均流控制的目的。

3 電壓電流雙閉環控制器的設計

3.1 電壓電流雙閉環控制方式

雙閉環控制系統由外環電壓環和內環電流環組成，電壓外環跟蹤逆變器輸出電壓，達到穩定輸出的目的[5]；電流內環實時檢測電感電流，對擾動做出快速反應，提高系統的暫態性能及抗干擾能力。圖4為電壓、電流雙閉環控制系統框圖。

圖4 電壓、電流雙閉環控制系統框圖

一般，電壓調節器GV和電流調節器GI均設計為PI調節器，即[6]

3.2 電流環參數整定

由于電流內環需較好的動態響應性能，故取電流內環PI調節器的傳遞函數轉折頻率為500Hz，取ki2=50，得kP1=0.1，則電流內環PI調節器的傳遞函數為

圖5是在Matlab下繪制的電流內環輸出iL跟蹤負載擾動 i0的 Bode圖。從圖中可以看出，在ω＜5000rad/s頻段，幅頻特性比較平直，電流內環對負載電流具有一定的跟蹤能力。

圖5 輸出電流iL對負載電流i0的Bode圖

3.3 電壓環參數整定

在確定電壓調節器GV參數時，可將電流內環看做系數為1的比例環節，輸出濾波器參數：C=10μF，L=10mH，取R=100Ω，可得電壓外環的開環傳遞函數：

取PI調節函數的轉折頻率為 5kHz，對整個系統來說，為避免低頻段的較大衰減，穿越頻率應遠大于工頻頻率，取為 500Hz，可求得：ki1=0.04、kP1=2000，則電壓外環的傳遞函數為

4 仿真實驗

在Matlab/Simulink下建立并聯運行的兩臺逆變器仿真模型，主電路為H橋逆變，系統參數為：直流側輸入電壓 Udc=300V，輸出濾波 L=10mH、C=10μF，負載電阻R=100Ω。假設逆變器1先投入運行，待逆變器 1進入穩態后再投入逆變器 2，組成逆變器并聯系統。

圖6為逆變器1、2輸出電流i1、i2及環流iH的波形，由仿真結果可以看出，逆變器1進入穩態后，逆變器2在0.1s時并入構成逆變器并聯系統，逆變器1的電流峰值從19.2A降至約9.6A，同時逆變器2的電流峰值亦迅速升至約9.6A，可見并聯系統具有較好的均流能力，且系統環流較小。

圖7和圖8分別為非解耦控制和解耦控制下負載電流io的諧波分析，容易比較發現，采用解耦控制后負載電流的諧波得到明顯優化，諧波含量少。

圖7 非解耦控制負載電流io諧波分析

圖8 解耦控制下負載電流io諧波分析

5 結論

本文針對逆變器并聯系統的系統環流，提出了基于解耦控制的逆變器并聯系統均流控制策略，對各逆變器設置一個獨立的逆變電壓調整電路，通過逆變電壓調節使各逆變器的輸出電壓均相等，同時采取了電壓、電流雙閉環控制方式，并實施了仿真分析，仿真結果顯示：逆變器并聯系統的負載電流均分效果較理想，且系統環流較小；負載電流的諧波得到明顯優化，諧波含量較少，系統穩定性得以提高。

[1]宋偉.基于DSP的單相逆變器并聯控制技術研究[D].成都: 西南交通大學, 2010.

[2]于瑋, 徐德鴻, 周朝陽.并聯 UPS系統均流控制[J].中國電機工程學報, 2008, 28(21): 63-67.

[3]Planas1 E, Gil-De-Muro2 A, Andreu J, et al.Design and implementation of a droop control in d–q frame for islanded microgrids[J].IET Renew.Power Gener, 2013, 7(5): 458-467.

[4]劉博.雙并聯型有源電力濾波器的研究與設計[D].沈陽: 東北大學, 2010.

[5]王紅艷, 王曉輝, 曹麗璐.單相400Hz逆變器雙環控制技術研究[J].電力系統保護與控制, 2009, 37(7): 54-57.

[6]朱祥.基于PLC大功率直流調速系統研究與設計[D].大連: 大連海事大學, 2013.

The Research of Flow Control Strategy in Inverter Parallel System

Ling Wenqing Zhu Longji Yang Panpan
(College of Electrical and Information Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan, Anhui 232001)

In view of the system circulation in inverter parallel system , a control strategy for inverter parallel system based on decoupling control is presented, setting up an independent inverter voltage adjust circuit for each inverter, the inverter output voltage are equal by adjusting the inverter voltage, at the same time, use the double closed loop control method of voltage outer ring and inductance current inner ring to divide the load current, namely achieve the purpose of flow control.because of the independent control of inverter voltage regulation circuit, thus achieved decoupling of flow control in inverter parallel system.Simulation experiment is carried out under the Matlab/Simulink, and the simulation results confirmed that the decoupling control of parallel system has good flow ability and system circulation is smaller.

inverter; paralleling system; inverter voltage; decoupling control; double loop control

安徽省自然科學基金資助項目（1508085ME88）

凌文青（1990-），男，安徽安慶人，安徽理工大學在讀碩士研究生，研究方向為電力電子技術及應用。