基于DSP控制的逆變器并聯

摘要：通過采樣輸出電壓和電感上電流來控制逆變器，并采用CAN總線作為并聯通訊線，通過對逆變器參考電壓的調節使得各并聯逆變器達到均流的效果。文章給出了仿真波形并加以實驗驗證。

關鍵詞：逆變器；控制器局域網總線；并聯；數字信號處理

1 前言

隨著信息技術的發展，各個應用領域中對交流電源的要求也越來越高。不間斷電源（Uninterruptible Power Systems簡稱UPS）能夠提供品質良好的正弦波電源，且對整個電網的污染小。隨著對交流電源容量和整個供電系統穩定性、可靠性的要求越來越高，UPS的并聯技術也被廣泛地研究與應用。采用UPS并聯技術組成的供電系統具有很多的優點：

1）它使電源的容量大大提高；

2）提高了整個供電系統的可靠性和穩定性；

3）方便了整個系統的維護和維修，真正能夠做到不間斷地供電。

2 逆變器并聯條件

在UPS的并聯技術中，最重要的一點就是要保證各個并聯模塊的功率分配要均勻，也就是各個模塊要達到均流的要求。下面以2臺逆變電源并聯運行為例，簡單分析一下逆變器并聯所需的條件。

如圖1所示，U1、U2表示2個逆變器的SPWM輸出波形電壓；L1、L2、C1、C2分別是2個逆變器的濾波電感和電容；R是2個逆變器的公共負載。

圖1 2臺UPS并聯的等效電路

當并聯模塊的參數相同時，即C1=C2=C，L1=L2=L時，由上圖可以得到

iL1=（1）

iL2=（2）

從式（1）、（2）可以看出每個逆變器的電感電流包括兩個部分：第一部分是負載電流，這一部分兩個逆變器是一樣的；第二部分是環流，這一部分兩個逆變器所承擔的大小是不一樣的。正是由于環流的存在，使得逆變器的并聯遇到困難。

從式（1）、（2）可以看出，環流的大小，不僅跟逆變器輸出電壓的幅值有關，而且跟輸出電壓的相位也有關。因此，UPS的并聯比一般的直流電源并聯要復雜得多，它必須滿足以下3個條件：

1）各個逆變器的輸出電壓的幅值必須相等；

2）各個逆變器的輸出電壓的頻率必須相等；

3）各個逆變器的輸出電壓的相位必須一致。

3 電流均流控制

為了滿足逆變器并聯所必須的條件，各種并聯控制方案相應被提出。主要有集中控制、主從式控制、分散式并聯、無互聯線控制等方案。本文采用CAN總線數字技術，將1臺逆變器（主模塊）的電流和電壓相位利用CAN通訊線發送給各個并聯模塊。各并聯模塊跟蹤主模塊的電流，以達到均流的效果。

3.1 逆變器主電路分析

單個模塊的硬件結構如圖2所示。在單個逆變器中，主電路由全橋和LC濾波器組成；而控制電路主要由1塊TMSC320F241的DSP芯片（內帶CAN控制器）及一些采樣電路組成。DSP通過采樣電感電流和輸出電壓來控制逆變器，同時通過CAN通訊線來獲得主模塊的電流和相位。

圖2 2臺逆變器并聯的電路結構

從圖2可以得到單臺逆變器的數學模型如圖3所示。圖中是A,B兩點之間的電壓,Δi是環流。

圖3 逆變器的數學模型