逆變器并聯系統開關環流的研究

摘要：多逆變器構成的微電網在孤島運行時，逆變器并聯系統中會存在環流問題。對現有環流問題進行擴展分析，提出開關環流的概念，并基于開關器件級的電路模型，研究電路參數與開關環流之間的關系，提出能夠較好抑制開關環流的電路參數的設計原則。通過仿真和實驗明確了所提出的開關環流概念的理論和實際意義，并驗證了對其分析以及抑制的電路參數設計方法的有效性和可行性。
關鍵詞：微電網；逆變器并聯；開關環流；紋波

1 引言
微電網將各種類型的分布式能源通過多逆變器并聯系統連接在一起。當微電網運行于孤島模式時，其系統電壓由各并聯逆變器共同支撐，而逆變器并聯系統由于存在環流問題，會影響微電網的可靠運行。目前，環流的分析和抑制是微電網逆變器并聯系統的重要研究內容。
文獻從逆變器并聯系統穩定性角度著手，建立了小信號模型，并基于穩定性及動態性能分析，得出了控制參數對系統性能的影響關系。文獻提出環流阻抗的概念，并在此基礎上提出了環流阻抗調節器用以改變并聯系統的環流阻抗，取得較好的效果。文獻對基于電壓電流雙環控制的逆變器并聯系統中的環流特性進行了建模和分析。建立基于等效輸出阻抗和求解微分方程的環流特性分析方法，并給出了逆變器輸出有、無功環流與輸出電壓幅值和相位之間的定量關系。文獻對三相逆變器并聯系統中的零序環流進行了模型和分析研究。文獻提出逆變器并聯系統中統一調制概念，但與之相關的各因素間如何相互影響及如何進行抑制等問題，還未更深入探討。
這里在基于文獻的研究成果上，對逆變器并聯系統中環流概念進行了擴展，提出了開關環流的概念，同時基于開關器件級模型對開關環流問題進行了詳盡分析。通過分析并聯系統中各電路參數與開關環流之間的相互關系，提出了能較好抑制開關環流的電路參數的設計原則。最后通過仿真和實驗證明了所提出的開關環流概念的理論和實際意義，并驗證了電路參數設計方法的有效性和可行性。

2 開關環流的概念
圖1示出由兩臺單相半橋逆變器構成的并聯系統，為單個負載供電的等效電路圖。理想情況下，兩逆變器模塊電路參數完全相同，任一時刻同一橋臂中有且僅有一個開關管導通，忽略開關管開通和關斷過程，并聯系統共有4種工作狀態，并且在兩逆變器開關狀態不同時，系統會產生開關環流。下面給出開關環流的定義。逆變器并聯系統中的環流共由三部分組成：①直流環流：由于逆變器各模塊輸出電壓的直流偏置不同而產生的環流；②工頻環流：由于各模塊輸出電壓工頻分量(幅值、相位)的差異而產生的環流；③開關環流：由于各模塊對應橋臂上非線性開關的開關狀態不同步而產生的以開關頻率為變化頻率的環流。