無主可并聯逆變電源控制技術

1　 引言　　

隨著國內電力工業的不斷發展，發電廠、變電站在故障情況下要求不間斷電源供電的交流負荷越來越多，對交流供電質量和交流供電的可靠性的要求也越來越高，因此如何提高逆變器的供電質量和供電可靠性是逆變器研究的重點。

逆變電源的并聯策略有很多,有主從結構[1] ,用電壓型逆變器作為主模塊控制系統電壓,電流型逆變器提供負載電流。有對等式,并聯的各個逆變器結構功能相同,相互間有信號的傳遞,但不存在隸屬關系。還有基于有功無功調節的無連線并聯方式[2]。

隨著控制技術的發展，高速數字處理芯片DSP的出現，實現高質量的交流輸出已經不成問題；但是如何實現逆變器的冗余設計依然是困擾開發者的主要問題，目前市場上流行的逆變器的并聯技術是采用系統監控器統一產生SPWM信號進行同步和負載均分的，這種逆變器的技術缺點是：單逆變器不能工作，必須配和系統的監控器才能工作，因此小系統的性能價格比不高；系統的可靠性取決于系統監控器的可靠性，監控器一旦損壞，整個系統將癱瘓；交流輸出不能短路，短路將會造成逆變器燒毀的危險。

2　 無主可并聯逆變控制方式

逆變器可采用的控制方法種類繁多，每一種控制方法都有其優缺點。同時采用不同的控制方法形成復合控制，可以實現取長補短、優勢互濟的目的，因此，復合控制是逆變器控制方法的一個發展趨勢。隨著控制理論和數字處理芯片的迅速發展，使各種先進控制方法的實現成為可能，逆變器的數字化控制方法成了今后交流電源領域中的一個研究熱點和發展趨勢。

本方案采用各種控制方法相結合的復合控制，自同步和外同步結合的全新原理設計，其優點是可靠性高；可單機使用也可組屏，配置方便；采用電子開關外掛方式，方便組成UPS、EPS等其它形式的逆變電源；系統監控有三個可以錯相120度的同步信號，方便組合成三相逆變電源系統；并且三相單獨調節，每相可帶100％不平衡負載。

系統原理框　圖1

3　 硬件設計部分：

可并聯逆變模塊硬件電路由功率處理主電路、控制驅動電路、保護電路組成，系統原理框圖如圖1，DC/DC變換電路為BOOST電路，采用高頻環進行逆變，因而無須采用工頻變壓器，使體積減小，其作用是利用DC-DC全橋高頻隔離升壓將直流220V電壓變換成PWM整流逆變電路所需要的電壓，供后級的全橋逆變使用，其控制系統結果如圖2所示。輸出給定電流Ug與實際的輸出電壓Uk相比較后，其誤差信號經PI調節器后與鋸齒波比較形成PWM信號，該信號再經驅動電路去控制BOOST電路中的開關器件IGBT,便可使實際的輸出電壓跟蹤給定電壓。本系統采用PWM控制器SG3525獲得PWM控制信號[3]。

DC/DC變換電路控制結構簡圖2

逆變器的功率處理采用全橋電路，經過SPWM調制以后，輸出經過濾波電感和電容濾波以后，直接和其它逆變器的輸出進行并聯，當要求和電網進行快速切換的時候，系統主監控指揮電子切換箱的開關動作，實現與電網的旁路切換。

控制電路DSP TMS320F2407A完成SPWM波形的產生、鎖相、控制、均流以及同步信號捕捉、數據采樣等功能。使用DSP內部的模/數轉換模塊對輸出電壓反饋信號進行采樣，通過數字PI控制器完成電壓有效值外環控制，保證輸出電壓有效值穩態無差。PI控制器的輸出乘以標準給定信號，經數/模轉換后作為控制電路模擬部分的參考輸入信號。