逆变器并联系统均流控制策略的研究

凌文青 祝龙记 杨盼盼

（安徽理工大学电气与信息工程学院，安徽 淮南 232001）

逆变器并联系统均流控制策略的研究

凌文青 祝龙记 杨盼盼

（安徽理工大学电气与信息工程学院，安徽 淮南 232001）

针对逆变器并联系统的系统环流，提出了一种基于解耦控制的逆变器并联系统均流控制策略，对各逆变器设置一个独立的逆变电压调整电路，通过调节逆变电压使各逆变器的输出电压均相等，同时采用电压外环、电感电流内环的双闭环控制方式来达到均分负载电流，即实现均流控制的目的。因各逆变电压调整电路独立控制，因而完成了逆变器并联系统均流控制的解耦。在Matlab/Simulink下建立两台逆变器并联系统仿真模型，仿真结果证实解耦控制下系统均流性能较为理想，系统环流较小。

逆变器；并联系统；逆变电压；解耦控制；双环控制

逆变器并联运行满足了现代供电系统大功率化、高可靠性的需求，逆变器并联运行的实现，重点在于各逆变器均分负载电流，达到均流控制的目的。近年来提出了多种逆变器并联系统均流控制方法，瞬时电流控制、下垂控制、平均功率控制是目前3种常用的均流控制方式[1-2]，但因其各自都存在一定的不足，从而使系统均流性能不理想而使其推广应用受到限制。

为此，本文提出一种基于解耦控制的逆变器并联系统均流控制策略，对各逆变器施加一个独立的逆变电压调整电路，通过调节逆变电压使各逆变器输出电压相等，同时采取电压、电流双闭环控制方式，实现逆变器并联系统的均流控制，并通过仿真实验证实在该控制方式下系统均流效果较为理想，并联系统环流较小，且负载电流谐波含量也较少。

1 逆变器并联系统环流的产生

逆变器的并联运行，重点在于各逆变器均分负载电流，达到均流控制的目标。下面分析两台逆变器并联运行情况，图1为其等效电路。U1、U2为两逆变器输出电压；输出滤波器L1=L2=L，C1=C2=C；Z为公共负载。

环流的定义为

可得系统环流表达式：

由式（2）可知，各逆变器间只要存在输出电压矢量差就会产生系统环流，由于滤波电感L数值较小，即使输出电压差很小也会产生较大的环流电流，导致额外的有功功率损耗，甚至影响逆变器并联系统的稳定运行，因此，进行均流控制十分必要。

图1 并联运行的两台逆变器等效电路

2 逆变器并联系统环流解耦控制

2.1 系统环流解耦控制分析

由式（2）可知，逆变器并联系统中各逆变器间之所以会产生环流，其根本原因在于各逆变器的输出电压间存在矢量差[3]。因此，本文提出一种基于解耦控制的均流控制策略来控制各逆变器间的系统环流。

图2为基于解耦控制的逆变器i均流控制框图。由图可知，对各逆变器设置一个独立的逆变电压调整电路，各逆变器的逆变电压调整电路均相同。调整电路包括3个部分，分别为逆变电压采样、低通滤波和逆变电压调节[4]。为了使各逆变器都能对自身的逆变电压进行采样，各逆变器通过检测电路对H桥的逆变电压进行采样，然后经低通滤波器和电压调节电路调节得到逆变电压反馈值（逆变器i）。反馈值作用到参考正弦信号上，再经过电压、电流双闭环调节器作用使本逆变器的输出电压等于负载电压，即

则任意两逆变器i、j间的电压差为

由式（2）至式（4）可知，利用该均流控制策略可使各逆变器间的系统环流为零，达到均流控制的目的。由于各逆变电压调整电路间相互独立，因而完成了逆变器并联系统均流控制的解耦。

2.2 系统环流解耦控制的实现

逆变电压调整电路由电压传感器、低通滤波器和PI电压调节器组成，图3为其控制框图。通过对

图2 基于解耦控制的逆变器i均流控制框图

图3 逆变电压调整电路框图

最后urefi经电压、电流双闭环控制器调节，使得各逆变器输出电压相等，达到逆变器并联系统均流控制的目的。

3 电压电流双闭环控制器的设计

3.1 电压电流双闭环控制方式

双闭环控制系统由外环电压环和内环电流环组成，电压外环跟踪逆变器输出电压，达到稳定输出的目的[5]；电流内环实时检测电感电流，对扰动做出快速反应，提高系统的暂态性能及抗干扰能力。图4为电压、电流双闭环控制系统框图。

图4 电压、电流双闭环控制系统框图

一般，电压调节器GV和电流调节器GI均设计为PI调节器，即[6]

3.2 电流环参数整定

由于电流内环需较好的动态响应性能，故取电流内环PI调节器的传递函数转折频率为500Hz，取ki2=50，得kP1=0.1，则电流内环PI调节器的传递函数为

图5是在Matlab下绘制的电流内环输出iL跟踪负载扰动 i0的 Bode图。从图中可以看出，在ω＜5000rad/s频段，幅频特性比较平直，电流内环对负载电流具有一定的跟踪能力。

图5 输出电流iL对负载电流i0的Bode图

3.3 电压环参数整定

在确定电压调节器GV参数时，可将电流内环看做系数为1的比例环节，输出滤波器参数：C=10μF，L=10mH，取R=100Ω，可得电压外环的开环传递函数：

取PI调节函数的转折频率为 5kHz，对整个系统来说，为避免低频段的较大衰减，穿越频率应远大于工频频率，取为 500Hz，可求得：ki1=0.04、kP1=2000，则电压外环的传递函数为

4 仿真实验

在Matlab/Simulink下建立并联运行的两台逆变器仿真模型，主电路为H桥逆变，系统参数为：直流侧输入电压 Udc=300V，输出滤波 L=10mH、C=10μF，负载电阻R=100Ω。假设逆变器1先投入运行，待逆变器 1进入稳态后再投入逆变器 2，组成逆变器并联系统。

图6为逆变器1、2输出电流i1、i2及环流iH的波形，由仿真结果可以看出，逆变器1进入稳态后，逆变器2在0.1s时并入构成逆变器并联系统，逆变器1的电流峰值从19.2A降至约9.6A，同时逆变器2的电流峰值亦迅速升至约9.6A，可见并联系统具有较好的均流能力，且系统环流较小。

图7和图8分别为非解耦控制和解耦控制下负载电流io的谐波分析，容易比较发现，采用解耦控制后负载电流的谐波得到明显优化，谐波含量少。

图7 非解耦控制负载电流io谐波分析

图8 解耦控制下负载电流io谐波分析

5 结论

本文针对逆变器并联系统的系统环流，提出了基于解耦控制的逆变器并联系统均流控制策略，对各逆变器设置一个独立的逆变电压调整电路，通过逆变电压调节使各逆变器的输出电压均相等，同时采取了电压、电流双闭环控制方式，并实施了仿真分析，仿真结果显示：逆变器并联系统的负载电流均分效果较理想，且系统环流较小；负载电流的谐波得到明显优化，谐波含量较少，系统稳定性得以提高。

[1]宋伟.基于DSP的单相逆变器并联控制技术研究[D].成都: 西南交通大学, 2010.

[2]于玮, 徐德鸿, 周朝阳.并联 UPS系统均流控制[J].中国电机工程学报, 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]刘博.双并联型有源电力滤波器的研究与设计[D].沈阳: 东北大学, 2010.

[5]王红艳, 王晓辉, 曹丽璐.单相400Hz逆变器双环控制技术研究[J].电力系统保护与控制, 2009, 37(7): 54-57.

[6]朱祥.基于PLC大功率直流调速系统研究与设计[D].大连: 大连海事大学, 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

安徽省自然科学基金资助项目（1508085ME88）

凌文青（1990-），男，安徽安庆人，安徽理工大学在读硕士研究生，研究方向为电力电子技术及应用。