一種基于分布式的逆變電源并聯(lián)控制技術(shù)及實(shí)現(xiàn)

逆變電源的并聯(lián)技術(shù)是提高逆變電源供電可靠性和擴(kuò)大供電容量的重要技術(shù)手段。當(dāng)前大容量的逆變電源的發(fā)展趨勢(shì)是采用新型全控高頻開關(guān)器件構(gòu)成逆變電源模塊單元，再通過多個(gè)模塊并聯(lián)進(jìn)行擴(kuò)容。這樣可以提高逆變電源模塊的通用性和靈活性，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、組合更加方便，同時(shí)增加系統(tǒng)的冗余性和可靠性。交流電源間的并聯(lián)遠(yuǎn)比直流電源并聯(lián)運(yùn)行復(fù)雜，由于其正弦波輸出，逆變電源的并聯(lián)需要滿足5項(xiàng)條件，即相同的電壓、頻率、波形、相位和相序，只有這樣才能消除環(huán)流、均分負(fù)載功率，達(dá)到最佳的運(yùn)行狀態(tài)，真正實(shí)現(xiàn)逆變電源并聯(lián)。

目前，逆變電源并聯(lián)控制方式一般分為集中控制、主從控制、分布式控制、3C控制和無互連線獨(dú)立控制5種控制策略。

在現(xiàn)有的各種控制方式中，集中控制、主從控制在實(shí)際應(yīng)用中都有一定的應(yīng)用，但由于并聯(lián)控制電路故障可能會(huì)引起整個(gè)系統(tǒng)故障停機(jī)，所以應(yīng)用受到一定的限制。3C控制實(shí)際上是對(duì)分布式控制的一種改進(jìn)，而無互連線控制與實(shí)際應(yīng)用有一定的差距，所以分布式控制相對(duì)有一定的優(yōu)勢(shì)。

分布式控制并聯(lián)控制策略

1、分布式控制的概念

分布式控制技術(shù)又稱分散邏輯控制，將系統(tǒng)的各個(gè)中心環(huán)節(jié)的控制權(quán)進(jìn)行分散化和獨(dú)立化，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中各個(gè)單元的獨(dú)立工作。這種控制方式可實(shí)現(xiàn)真正的冗余并聯(lián)，有1個(gè)模塊故障退出時(shí)，并不影響其他模塊的并聯(lián)運(yùn)行；可靠性高、危險(xiǎn)性分散、功能擴(kuò)展容易等良好的特性已在眾多領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用；成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展的主要方向之一，是一種比較完善的分布式智能控制技術(shù)。

2、分布式并聯(lián)的控制原理

逆變電源并聯(lián)控制策略中，集中控制和主從控制都可能因?yàn)椴糠蛛娐饭收隙拐麄€(gè)系統(tǒng)故障停機(jī)。分布式并聯(lián)控制策略可解決該問題，在各逆變電源中綜合每個(gè)電源模塊的電流及頻率信號(hào)，得出各自頻率及電壓的補(bǔ)償信號(hào)，該方式能實(shí)現(xiàn)真正的N+1運(yùn)行模式。

各模塊并聯(lián)控制單元檢測(cè)相應(yīng)模塊的市電頻率和相位，給其他各電源模塊發(fā)出同步脈沖，無市電時(shí)，同步脈沖有晶振產(chǎn)生，各個(gè)逆變電源的鎖相環(huán)電路用來保證其輸出電壓頻率和相位與同步總線脈沖信號(hào)同步。并聯(lián)控制單元將其他模塊單元負(fù)載電流與本機(jī)負(fù)載電流作比較，求出電流偏差，并將其作為電壓指令的補(bǔ)償量發(fā)送給每個(gè)逆變電源單元，以消除各模塊輸出電流的不平衡。控制綜合部分的均流及同步原理如圖1所示。

3、并聯(lián)系統(tǒng)控制方案

在目前所見的文獻(xiàn)里，分布式控制并聯(lián)方案主要包括有功無功控制和平均電流瞬時(shí)控制方案兩種。

3.1、有功無功控制方案

有功和無功并聯(lián)控制，即功率偏差并聯(lián)控制。通過每個(gè)逆變電源單元檢測(cè)出本單元輸出的有功和無功的偏差值，以調(diào)節(jié)逆變電源單元輸出電壓的相位和幅值，保證每個(gè)逆變電源單元輸出的有功無功相等，達(dá)到均流的目的。

以2臺(tái)逆變電源模塊向同一負(fù)載供電為例進(jìn)行簡單的分析，如圖2所示，其中X為線路阻抗，U0為并聯(lián)電網(wǎng)電壓。

由式(5) 和式(6)可看出逆變電源的輸出有功的大小主要取決于功率角，而輸出無功功率則主要取決于輸出電壓的幅值，因此，可以通過改變逆變電源的輸出電壓幅值來控制無功功率，通過改變相位來控制有功功率，從而實(shí)現(xiàn)各輸出電源模塊的均流。 基于有功無功控制策略系統(tǒng)圖如圖3所示。