基于MATLAB的逆变器无线并联的仿真设计

国 海，李踊鹿

（1.安徽科技学院工学院，安徽凤阳233100；2.黑龙江省机械科学研究院，黑龙江哈尔滨150001）

随着科技和经济的发展，人们对电能的供应要求日益提高，既要保障供电的可靠性，又要提供高质量稳定的电能，高性能、高可靠性的电源设计已成为电力电子领域的一个重要的组成部分[1]。

逆变电源并联运行可实现电源系统的冗余，是提高逆变电源供电系统的可靠性和扩大供电容量的重要技术手段，已成为一种有效的电力供应方式[2]。

1 逆变器的设计

1.1 逆变器主电路

逆变器的主电路拓扑采用图1的桥式拓扑结构。

L为连线电感，r为滤波电感的等效电阻，R为等效负载，为简化分析可暂时设变压器原、副边的匝数比N=N1/N2=1。

1.2 输出滤波器设计[3-4]

逆变器的输出电压中不仅包含了50Hz正弦波，还包含了开关频率分量及其倍数谐波。为了得到50Hz的标准正弦波电压，需要在逆变器的输出端设置LC滤波器，滤掉高次谐波而得到纯正的50 Hz的正弦波电压。

选择LC滤波器的转折频率fn=2000 Hz，确定了滤波器的转折频率，也就确定了滤波电感L、滤波电容C值的乘积。而L取值考虑:取得过大将引起过大的基波输出电压降；取得太小，流过滤波器电感的最大谐波电流也就越大。

2 逆变器双环控制器的设计[5]

基于输出电感电流内环的电压瞬时值反馈策略是逆变电源常用的一种方法。在该控制策略中，滤波电感电流内环对包含在环内的扰动(ΔUd)，如输入电压的波动、死区时间、电感参数的变化等影响能起到及时的调节作用，系统特性大大改善[6]。该方案的控制框图如图2所示。

图3 双闭环瞬时值反馈控制的逆变电源仿真实验波形

图3为双闭环瞬时值反馈控制的逆变电源仿真实验波形。设置系统仿真时间为1.2 s，在0.4 s时突加负载，在0.8 s时突卸负载。行计算处理分别得到有功功率P和无功功率Q的值，再对所得到的P、Q值按电压频率下垂和幅值下垂算法进一步计算，得到电压角频率f和幅值U（由这两个量即确定了逆变电源的指令电压Uref）

逆变电源的输出电压频率下垂和输出电压幅值下垂公式为：

本文的无线并联理论是以下垂理论为核心展开的，所以首先需要确保下垂理论在本系统的正确应用，逆变电源并联系统仿真模型设置如下：

系统参数：L=0.66mH，r=0.01Ω，C=10μF，E=400 V，两台并联运行。

指令参数：电压幅值=310 V，电压频率=314 rad/s，下垂系数 m=0.0045，n=0.0001。

(1)两台逆变电源所有参数完全一致时，带10Ω负载并联运行的仿真结果如图5所示。

如图5所示，当两台逆变电源的所有参数完全一致时，下垂理论控制的并联系统工作稳定，其输出有功和无功都得到了很好的均分，每台电源各提供系统总容量的一半，系统环流很小，基本为零。由此可以得出，下垂理论能够在逆变电源并

经仿真实验验证：在双闭环瞬时值反馈控制策略的控制下，在带阻性负载尤其是整流负载时，电压波形畸变较小，逆变电源输出的电压波形有很好的正弦性，电压波形质量较高。

3 无互联线逆变电源并联系统控制策略的仿真[7-8]

采用并联逆变电源的控制结构框图如图4所示，控制系统对逆变电源输出侧的电压、电流进行采样，然后对采样值进联系统中应用，并且在理想情况下，可以获得良好的控制效果。

图5 参数完全一致时并联系统输出波形

(2)逆变电源 1＃r为 0.01Ω，逆变电源 2＃r为 0.1Ω，其余参数一致时，带10Ω阻性负载并联运行的仿真结果如图6所示。

从图6可以看出，由于采用的电感电流反馈控制对r的影响有良好的抑制作用，所以两台逆变电源在r不同的情况下并联运行情况良好，采用基本下垂理论仍能够获得很好的控制效果。

图6 r不同时并联系统输出波形

[1] 李爱文，张承惠.现代逆变技术及其应用[M].北京：科学出版社，2000.

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[3]GUERRERO JM,VICUNA D,MATASL G,et al.A wireless controller to enhance dynamic performance of parallel inverters in distributed generation systems[J].Power Electronics IEEE Transactions,2004,19(5):1205-1213.

[4] 李乐.无互联线并联逆变器控制技术研究[M].武汉：武汉理工大学硕士论文，2006.

[5] 段善旭，康勇，陈坚.UPS模块化电源系统并联控制策略分析[J].电工技术，2004(1)：46-50.

[6] 段善旭，康勇，孟宇，等.全数字化逆变电源并联系统环流特性分析[J].华中理工大学学报，2000，28（6）：27-33.

[7] 陈桂明.应用MATLAB建模与仿真[M].（第二版）北京：科学出版社，2001.

[8] 刘金琨.先进PID控制及其MATLAB仿真[M].北京：电子工业出版社，2003.