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主从式逆变器并联建模、分析和实现
莱姆电子(中国)有限公司
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    从上图可以看出,电感电流内环有低通滤波器性质。但是存在较大的自激震荡。内环的传递函数的相位裕量为90o,但是负载变化对电流内环的开环增益影响很大。

电流环一般采用P调节,我们取调节比例系数Kip=2。则电流环闭环Bode图见图5
   
从图5可以看出,电感电流采用P调节后,负载参数对内环增益特性的影响减小。内环带宽增大,呈现出更好的低通滤波器性质,在低频段的相位误差非常小。
            

从电流环的传递函数可以得出系统外环开环传递函数如下,Bode图见图6。
                   

从上图可以看出,系统的相位裕量为87.5o。转折频率为7.9k。为了减小输出电压和参考电压之间的静态误差,采用PI调节是一种比较好的方法。PI调节环采用如下参数:
            

外环采用PI调节后的系统开环Bode图见图7,从图中可以看出:系统在低频段50Hz处有50dB的增益,增益变大,说明系统的跟踪性能变好,相位裕量为84o,说明系统的有良好的动态性能。这个结论与后面的实验结果是一致的。
           

4         实验结果

为了验证上述理论的正确性,我们采用全桥变换拓扑,试验参数与仿真参数一致。其中逆变开关管采用IGBTG4PC50UD,图8-图12是相关试验波形。电压反馈采样用LEM公司的LV28-P,电感电流采用LEM公司的LA58-PLV28-P具有出色的精度,良好的线性度,低温漂,最佳的反应时间,宽频带,无插入损坏,抗干扰能力强的优点。LA58-P具有精度高,线性度好,过流能力强和隔离性好的特点。

8是单台工作时,突加1kW负载,输出电压和电流波形,从图中可以看出,输出电压几乎没有变化,说明系统具有良好的动态特性。图91kW负载下,两台并联时的电流波形,从图中可以看出,电流波形无论相位还是幅值都非常一致,说明均流效果良好。图101kW负载下,一台突然退出时的电流波形;图111kW负载下,一台突然加入时的电流波形;图12为两台并联时,突加1kW负载时的输出电压和其中一台的电流波形。从实验结果可以看出,系统并联下的动态性能、均流效果较好。与前面的理论分析是一致的。
           
          
             

5  结论

本文从简单、实用的角度,提出了一种共电压外环的主从并联方案并用相关实验进了验证。从图1以可以看出,在主模块和从模块中加入开关S1S2就可以实现主从模块的切换,构成一种循环分布式逆变电源并联系统。

共电压外环主从并联方案具有控制简单、实现方便、可靠性高、均流效果好的优点,但是不能否认的是这种方案电流环的增益很小,因此母线对均流效果有很大影响;主从之间通过模拟信号相连,对EMI相当敏感等缺点。

参考文献

[1] Analysis and design of a multiple feedback loop control strategy for single-phase voltage-source UPS inverters Abdel-Rahim, N.M.; Quaicoe, J.E.; Power Electronics, IEEE Transactions on , Volume: 11 , Issue: 4 , July 1996 Pages:532 - 541

[2] Combination voltage-controlled and current controlled PWM inverters for UPS parallel operation Jiann-Fuh Chen; Ching-Lung Chu Power Electronics, IEEE Transactions on , Volume: 10 Issue: 5 , Sept. 1995 Page(s): 547 –558

[3] Novel control for redundant parallel UPSs with instantaneous current sharing Yan Xing; Lipei Huang; Sun, S.; Yangguang Yan;Power Conversion Conference, 2002. PCC Osaka 2002. Proceedings of the , Volume: 3 , 2-5 April 2002 Pages:959 - 963 vol.3

[4] 逆变器并联技术的相位调制跟踪法及其相关技术的研究; 胡文斌博士论文

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[6] 逆变器控制及其并联技术的研究; 朱志杰硕士学位论文


 

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