無主可并聯(lián)逆變電源控制技術(shù)

1　 引言　　

隨著國內(nèi)電力工業(yè)的不斷發(fā)展，發(fā)電廠、變電站在故障情況下要求不間斷電源供電的交流負(fù)荷越來越多，對(duì)交流供電質(zhì)量和交流供電的可靠性的要求也越來越高，因此如何提高逆變器的供電質(zhì)量和供電可靠性是逆變器研究的重點(diǎn)。

逆變電源的并聯(lián)策略有很多,有主從結(jié)構(gòu)[1] ,用電壓型逆變器作為主模塊控制系統(tǒng)電壓,電流型逆變器提供負(fù)載電流。有對(duì)等式,并聯(lián)的各個(gè)逆變器結(jié)構(gòu)功能相同,相互間有信號(hào)的傳遞,但不存在隸屬關(guān)系。還有基于有功無功調(diào)節(jié)的無連線并聯(lián)方式[2]。

隨著控制技術(shù)的發(fā)展，高速數(shù)字處理芯片DSP的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的交流輸出已經(jīng)不成問題；但是如何實(shí)現(xiàn)逆變器的冗余設(shè)計(jì)依然是困擾開發(fā)者的主要問題，目前市場(chǎng)上流行的逆變器的并聯(lián)技術(shù)是采用系統(tǒng)監(jiān)控器統(tǒng)一產(chǎn)生SPWM信號(hào)進(jìn)行同步和負(fù)載均分的，這種逆變器的技術(shù)缺點(diǎn)是：單逆變器不能工作，必須配和系統(tǒng)的監(jiān)控器才能工作，因此小系統(tǒng)的性能價(jià)格比不高；系統(tǒng)的可靠性取決于系統(tǒng)監(jiān)控器的可靠性，監(jiān)控器一旦損壞，整個(gè)系統(tǒng)將癱瘓；交流輸出不能短路，短路將會(huì)造成逆變器燒毀的危險(xiǎn)。

2　 無主可并聯(lián)逆變控制方式

逆變器可采用的控制方法種類繁多，每一種控制方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)。同時(shí)采用不同的控制方法形成復(fù)合控制，可以實(shí)現(xiàn)取長補(bǔ)短、優(yōu)勢(shì)互濟(jì)的目的，因此，復(fù)合控制是逆變器控制方法的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。隨著控制理論和數(shù)字處理芯片的迅速發(fā)展，使各種先進(jìn)控制方法的實(shí)現(xiàn)成為可能，逆變器的數(shù)字化控制方法成了今后交流電源領(lǐng)域中的一個(gè)研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。

本方案采用各種控制方法相結(jié)合的復(fù)合控制，自同步和外同步結(jié)合的全新原理設(shè)計(jì)，其優(yōu)點(diǎn)是可靠性高；可單機(jī)使用也可組屏，配置方便；采用電子開關(guān)外掛方式，方便組成UPS、EPS等其它形式的逆變電源；系統(tǒng)監(jiān)控有三個(gè)可以錯(cuò)相120度的同步信號(hào)，方便組合成三相逆變電源系統(tǒng)；并且三相單獨(dú)調(diào)節(jié)，每相可帶100％不平衡負(fù)載。

系統(tǒng)原理框　圖1

3　 硬件設(shè)計(jì)部分：

可并聯(lián)逆變模塊硬件電路由功率處理主電路、控制驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路組成，系統(tǒng)原理框圖如圖1，DC/DC變換電路為BOOST電路，采用高頻環(huán)進(jìn)行逆變，因而無須采用工頻變壓器，使體積減小，其作用是利用DC-DC全橋高頻隔離升壓將直流220V電壓變換成PWM整流逆變電路所需要的電壓，供后級(jí)的全橋逆變使用，其控制系統(tǒng)結(jié)果如圖2所示。輸出給定電流Ug與實(shí)際的輸出電壓Uk相比較后，其誤差信號(hào)經(jīng)PI調(diào)節(jié)器后與鋸齒波比較形成PWM信號(hào)，該信號(hào)再經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路去控制BOOST電路中的開關(guān)器件IGBT,便可使實(shí)際的輸出電壓跟蹤給定電壓。本系統(tǒng)采用PWM控制器SG3525獲得PWM控制信號(hào)[3]。

DC/DC變換電路控制結(jié)構(gòu)簡圖2

逆變器的功率處理采用全橋電路，經(jīng)過SPWM調(diào)制以后，輸出經(jīng)過濾波電感和電容濾波以后，直接和其它逆變器的輸出進(jìn)行并聯(lián)，當(dāng)要求和電網(wǎng)進(jìn)行快速切換的時(shí)候，系統(tǒng)主監(jiān)控指揮電子切換箱的開關(guān)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的旁路切換。

控制電路DSP TMS320F2407A完成SPWM波形的產(chǎn)生、鎖相、控制、均流以及同步信號(hào)捕捉、數(shù)據(jù)采樣等功能。使用DSP內(nèi)部的模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊對(duì)輸出電壓反饋信號(hào)進(jìn)行采樣，通過數(shù)字PI控制器完成電壓有效值外環(huán)控制，保證輸出電壓有效值穩(wěn)態(tài)無差。PI控制器的輸出乘以標(biāo)準(zhǔn)給定信號(hào)，經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換后作為控制電路模擬部分的參考輸入信號(hào)。