龍江濤，蔡環(huán)宇，何昕東，石健將

（浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院，杭州 310027）

基于平均功率控制的中頻逆變器主從并聯(lián)系統(tǒng)研究

龍江濤，蔡環(huán)宇，何昕東，石健將

（浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院，杭州 310027）

在航空航天等特殊應(yīng)用領(lǐng)域里通常需要電源系統(tǒng)提供高質(zhì)量、高可靠性的400 Hz中頻交流電源輸出，而逆變器的并聯(lián)控制技術(shù)可實(shí)現(xiàn)冗余供電和大容量供電，是當(dāng)今逆變電源發(fā)展的重要方向之一。首先，對(duì)逆變器主從并聯(lián)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)良好的信號(hào)傳輸和冗余控制；其次，針對(duì)單臺(tái)中頻逆變器模塊，采用了基本PR控制器的電壓電流雙閉環(huán)控制策略以改善其輸出特性；隨后，對(duì)基于平均功率控制策略的逆變器主從并聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)分析，并在從機(jī)控制系統(tǒng)里引入虛擬阻抗以改善其輸出特性；最后，通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證逆變器并聯(lián)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制策略的可行性。

中頻逆變器；主從并聯(lián)；PR控制；平均功率控制

引言

400 Hz中頻交流電源廣泛用于航空、機(jī)場(chǎng)、船舶機(jī)車等交流供電系統(tǒng)中。由于應(yīng)用場(chǎng)合較特殊，電源系統(tǒng)能否穩(wěn)定持續(xù)供電至關(guān)重要，因此對(duì)交流電源的輸出波形質(zhì)量和系統(tǒng)可靠性提出了更高的要求。而逆變器并聯(lián)控制技術(shù)可實(shí)現(xiàn)冗余供電和大容量供電，是上述要求的解決方案之一。

現(xiàn)有的電壓源型逆變器并聯(lián)控制方法按有無(wú)線互連線的區(qū)別劃分為2種：無(wú)線并聯(lián)技術(shù)和有線并聯(lián)技術(shù)。無(wú)線并聯(lián)技術(shù)一般使用無(wú)線下垂控制，此種控制方式具有無(wú)互聯(lián)線和較易實(shí)現(xiàn)分布式并聯(lián)的優(yōu)勢(shì)，但逆變器輸出電壓的幅值和頻率會(huì)隨著輸出有功和無(wú)功功率的大小而波動(dòng)，不適用于中頻供電系統(tǒng)［1-2］；有線并聯(lián)技術(shù)主要分為集中控制方式、主從控制方式、分布式控制方式。集中控制方式由于沒(méi)有冗余能力，一旦公共控制電路失效，整個(gè)并聯(lián)系統(tǒng)癱瘓，因而使用范圍很受限制；分布式控制雖然可以實(shí)現(xiàn)完全的冗余并聯(lián)，但是其共享基準(zhǔn)正弦波信號(hào)、基準(zhǔn)電流信號(hào)以及相位信號(hào)的產(chǎn)生都有相當(dāng)程度的誤差，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)也不夠理想［3-4］。主從控制方式的逆變器并聯(lián)系統(tǒng)輸出電壓幅值、頻率精度僅取決于主模塊，因而在設(shè)計(jì)逆變器時(shí)只需要將逆變器單機(jī)特性設(shè)計(jì)好即能實(shí)現(xiàn)較好的輸出波形質(zhì)量，若再加上適當(dāng)?shù)倪壿嬁刂凭涂梢詫?shí)現(xiàn)冗余并聯(lián)，極大提高并聯(lián)系統(tǒng)可靠性。同時(shí)利用主從機(jī)通信的特點(diǎn)還可以實(shí)現(xiàn)不同容量逆變器并聯(lián)時(shí)功率不均等分配。逆變器并聯(lián)均流實(shí)現(xiàn)方法主要有瞬時(shí)電流均流法和平均功率法［5］。瞬時(shí)電流均流法通過(guò)各模塊輸出電流與參考電流的誤差調(diào)整參考電壓的，幅值和電流實(shí)現(xiàn)均流。由于逆變器模塊間傳輸?shù)碾娏餍盘?hào)一般為模擬信號(hào)，當(dāng)有多機(jī)并聯(lián)或逆變器模塊距離較遠(yuǎn)時(shí)，均流信號(hào)很容易受到干擾［6-8］；平均功率法則是利用得到的平均有功和無(wú)功功率來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓的幅值和相位，從而實(shí)現(xiàn)功率均分［9］，由于其通信一般是基于通信協(xié)議的數(shù)字信號(hào)，因而具有較強(qiáng)的抗干擾能力。

本文首先針對(duì)逆變器主從并聯(lián)系統(tǒng)的需要設(shè)計(jì)一套高可靠性的信號(hào)傳輸與可冗余邏輯控制方案；其次對(duì)單臺(tái)中頻逆變器系統(tǒng)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，通過(guò)基于PR控制器（比例諧振控制器）無(wú)靜差控制控制，通過(guò)電壓電流雙閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)較好的控制效果；在單機(jī)的基礎(chǔ)上對(duì)主從控制方式下的逆變器并聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行分析，并在從機(jī)控制系統(tǒng)引入虛擬阻抗以改善其輸出特性；最后通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證上述設(shè)計(jì)的可行性和正確性。

1 主從并聯(lián)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

有線并聯(lián)方案中逆變器間的互聯(lián)信號(hào)傳輸?shù)目煽啃灾苯佑绊懙讲⒙?lián)的可靠性和均流效果，因而其整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。傳統(tǒng)的有線并聯(lián)方式里將同步時(shí)鐘信號(hào)與均流信號(hào)分別傳遞，這就需要兩套通信線，而且期間任何一套通信線故障整個(gè)系統(tǒng)即故障，大大增加了系統(tǒng)癱瘓風(fēng)險(xiǎn)。本文的設(shè)計(jì)思路是通過(guò)一定的信號(hào)處理將同步時(shí)鐘信號(hào)與均流信號(hào)復(fù)合傳輸，可以簡(jiǎn)化逆變器間的互連線，提高系統(tǒng)可靠性。

1.1 逆變器并聯(lián)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

逆變器并聯(lián)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 逆變器并聯(lián)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)Fig.1 Whole structure of inverter parallel system

逆變器模塊間是無(wú)差別的。逆變器模塊均通過(guò)CAN通信協(xié)議芯片連接到監(jiān)控平臺(tái)上，通過(guò)接觸器連接到AC母線上，通過(guò)RS-485通信協(xié)議芯片連接到RS-485總線上。監(jiān)控平臺(tái)作為人機(jī)互動(dòng)的接口，通過(guò)監(jiān)控平臺(tái)可以向下屬設(shè)備發(fā)送開(kāi)機(jī)或停機(jī)指令，同時(shí)下屬設(shè)備也向監(jiān)控平臺(tái)反饋運(yùn)行狀態(tài)信息。逆變器模塊與AC母線間的接觸器由逆變器模塊分別控制。當(dāng)模塊啟動(dòng)后會(huì)檢測(cè)AC母線電壓是否正常，若正常即閉合接觸器，控制環(huán)路中的均流環(huán)路自動(dòng)運(yùn)行。若任意模塊故障，則可以通過(guò)斷開(kāi)接觸器使故障模塊脫離并聯(lián)系統(tǒng)。逆變器模塊間的信號(hào)傳輸是通過(guò)RS-485總線實(shí)現(xiàn)的。在運(yùn)行過(guò)程中RS-485總線上由主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，從機(jī)接收數(shù)據(jù)，從而形成一主多從的數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)。在這套通信系統(tǒng)里主機(jī)可任意指定，因而可以實(shí)現(xiàn)冗余式并聯(lián)。

1.2 逆變器并聯(lián)系統(tǒng)通信設(shè)計(jì)

逆變器間的通信信號(hào)連線如圖2所示。通過(guò)將同步時(shí)鐘信號(hào)與均流信號(hào)復(fù)合傳輸使得只通過(guò)一對(duì)差分信號(hào)線即可滿足通信要求。

圖2 逆變器間的通信信號(hào)連線Fig.2 Communication signal connection of inverters

使用上述通信信號(hào)傳輸系統(tǒng)有以下優(yōu)勢(shì)：（1）各模塊的信號(hào)傳輸機(jī)制具有一致性，使冗余并聯(lián)成為可能；（2）將同步時(shí)鐘信號(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào)復(fù)合傳輸，因而逆變器模塊間的通信線路只有一套，降低了通信互連線的數(shù)量，提高了系統(tǒng)的可靠性；（3）RS-485總線使用差分信號(hào)來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，有較強(qiáng)的抗干擾能力；（4）隔離RS-485收發(fā)器芯片實(shí)現(xiàn)了控制信號(hào)與通信信號(hào)間的電氣隔離，防止不同逆變器間的干擾信號(hào)耦合；（5）使用異步收發(fā)傳輸器UART協(xié)議作為上層通信協(xié)議，因DSP模塊都自帶有UART模塊并可設(shè)定奇偶校驗(yàn)位，可有效保證接收到數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

使用復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD提取時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)序如圖3所示。根據(jù)UART協(xié)議，發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)通信線上的電平會(huì)由高低電平變?yōu)榈碗娖讲⒕S持一個(gè)通信波特率周期，同步時(shí)鐘的上升沿由數(shù)據(jù)信號(hào)的下降沿產(chǎn)生，本文使用的逆變器模塊開(kāi)關(guān)頻率為20 kHz，因而通信數(shù)據(jù)傳輸間隔亦為20 kHz，經(jīng)過(guò)CPLD處理后會(huì)產(chǎn)生頻率為20 kHz的同步時(shí)鐘信號(hào)。錯(cuò)誤的通信數(shù)據(jù)序列會(huì)使同步時(shí)鐘信號(hào)的間隔發(fā)生變化，從而為冗余邏輯規(guī)則實(shí)現(xiàn)自動(dòng)擇主提供判斷依據(jù)。

圖3 同步時(shí)鐘信號(hào)時(shí)序Fig.3 Synchronous clock signal timing

1.3 冗余邏輯規(guī)則設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的主從并聯(lián)控制在主機(jī)故障后并聯(lián)系統(tǒng)即癱瘓，因而其可靠性和實(shí)用性大大降低。本文通過(guò)設(shè)定合適的冗余邏輯規(guī)則，使逆變器關(guān)聯(lián)系統(tǒng)在任意模塊發(fā)生故障后依然能可靠運(yùn)行。其邏輯規(guī)則判斷流程如圖4所示。

圖4 冗余邏輯規(guī)則判斷流程Fig.4 Flow chart of redundant logic rule judgment

逆變器模塊在啟動(dòng)時(shí)通過(guò)監(jiān)聽(tīng)通信互聯(lián)線上是否有同步時(shí)鐘信號(hào)來(lái)區(qū)分主從機(jī)。如果并聯(lián)系統(tǒng)中沒(méi)有主機(jī)，則在限定的持續(xù)檢測(cè)時(shí)間Td（約為1.1～1.5Tp，Tp為開(kāi)關(guān)周期）內(nèi)無(wú)同步時(shí)鐘信號(hào)，從而設(shè)定為主機(jī)；如果系統(tǒng)中有主機(jī)，則在Td時(shí)間內(nèi)必然會(huì)檢測(cè)到一次同步時(shí)鐘信號(hào)，從而設(shè)定為從機(jī)。逆變器模塊在運(yùn)行過(guò)程中將持續(xù)檢測(cè)同步時(shí)鐘信號(hào)以判斷是否出現(xiàn)故障。常見(jiàn)的主從控制邏輯故障有2類：（1）逆變器并聯(lián)系統(tǒng)里沒(méi)有主機(jī)的故障；（2）逆變器并聯(lián)系統(tǒng)里有2臺(tái)或多臺(tái)主機(jī)的故障。當(dāng)主機(jī)故障退出時(shí)會(huì)發(fā)生第1類故障，這時(shí)從機(jī)在檢測(cè)同步時(shí)鐘信號(hào)時(shí)會(huì)等待超過(guò)1.2Tp，從而判定主機(jī)已故障，最先檢測(cè)到這一狀態(tài)的從機(jī)會(huì)作為主機(jī)向外發(fā)送同步時(shí)鐘信號(hào)，從而使并聯(lián)系統(tǒng)繼續(xù)正常運(yùn)行。發(fā)生第2類故障時(shí)，主機(jī)會(huì)檢測(cè)到同步時(shí)鐘信號(hào)時(shí)間間隔小于0.8Tp，從而判定并聯(lián)系統(tǒng)上至少有2臺(tái)主機(jī)，本機(jī)則退出主機(jī)狀態(tài)并進(jìn)入自動(dòng)擇主程序，若通信線路正常，則故障會(huì)消失，否則故障會(huì)依然存在，此時(shí)監(jiān)控平臺(tái)會(huì)在連續(xù)幾個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)檢測(cè)到多臺(tái)主機(jī)出現(xiàn)故障的存在，從而進(jìn)行故障處理。在逆變器單個(gè)模塊故障時(shí)，故障處理至多2個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)各模塊需要依照自身的信息調(diào)整參考相位，由于不同系統(tǒng)間的晶振頻率差別很小，在短時(shí)間內(nèi)只會(huì)產(chǎn)生微小的相差。

2 逆變器單機(jī)控制設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的PI控制器在輸出直流控制系統(tǒng)里可以實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差控制，但用于逆變器控制系統(tǒng)時(shí)會(huì)存在穩(wěn)態(tài)誤差問(wèn)題。中頻逆變器控制系統(tǒng)中由于基波頻率更接近剪切頻率，其基波頻率處增益較工頻逆變器會(huì)更低，穩(wěn)態(tài)誤差會(huì)更大。因此希望使用對(duì)交流信號(hào)無(wú)靜差的控制器，PR控制器正好能滿足這一要求［10］。本文采用了基本PR控制器的電壓電流雙閉環(huán)控制策略以改善中頻逆變器的輸出特性：通過(guò)在電壓?jiǎn)苇h(huán)基礎(chǔ)上增設(shè)電感電流內(nèi)環(huán)，利用電流內(nèi)環(huán)快速性和抗干擾性來(lái)有效地抑制負(fù)載擾動(dòng)影響［11］，其反饋框圖如圖5所示。

圖5 電壓電流雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)框圖Fig.5 Block diagram of voltage current double loop control structure

電壓外環(huán)使用比例諧振控制器，其傳遞函數(shù)為

閉環(huán)設(shè)計(jì)中電流內(nèi)環(huán)的速度要比電壓外環(huán)快很多，使用比例環(huán)節(jié)即可有較好的控制效果。本文的電流內(nèi)環(huán)使用單比例環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)為

本文將負(fù)載電流io作為系統(tǒng)的一個(gè)外部擾動(dòng)輸入量進(jìn)行建模，可得到控制模型控制框圖如圖6所示。

圖6 基于PR控制器的電壓電流雙閉環(huán)控制框圖Fig.6 Block diagram of voltage current double closed loop control based on PR controller

根據(jù)圖6可以推導(dǎo)出參考電壓擾動(dòng)到輸出電壓擾動(dòng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)，即

將電氣參數(shù)和設(shè)計(jì)控制參數(shù)代入式中，可以得到典型的逆變器系統(tǒng)開(kāi)環(huán)Bode圖，如圖7所示。

圖7 逆變器控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)Bode圖Fig.7 Bode diagram of inverter control open-loop system

3 逆變器主從并聯(lián)系統(tǒng)

3.1 逆變器等效模型

根據(jù)圖6可以推導(dǎo)出逆變器系統(tǒng)輸出電壓在參考電壓與負(fù)載電流雙輸入作用時(shí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即

式中：Gu（s）為電壓基準(zhǔn)擾動(dòng)到輸出電壓擾動(dòng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)；Gz（s）為輸出電流擾動(dòng)到輸出電壓擾動(dòng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。

由圖7可以看出，電壓外環(huán)在使用PR控制器后逆變器系統(tǒng)在基頻處的增益非常高。通過(guò)式（4）可以得出逆變器系統(tǒng)的戴維南等效電路如圖8所示。圖中等效電壓源為Gu（s）Vref，等效電阻為Gz（s）。

通過(guò)計(jì)算可以得出Gu（s）和Gz（s）在基頻處的確切值，即

圖8 逆變器戴維南等效電路模型Fig.8 Model of inverter Thevenin equivalent circuit

由式（5）可得，Gu（s）近似為1，Gz（s）近似為0。結(jié)合逆變器戴維南等效電路模型可近似認(rèn)為輸出電壓即為參考電壓，且基本不會(huì)隨負(fù)載變化而變化。

3.2 從機(jī)虛擬阻抗的引入

逆變器并聯(lián)時(shí)其輸出電壓的幅值和相位略微不同時(shí)，較小的輸出阻抗會(huì)引起逆變器之間較大的有功和無(wú)功環(huán)流。特別是在并聯(lián)瞬間不同逆變器的輸出電壓幅值和相位很難保證完全一致。本文通過(guò)在從機(jī)引入虛擬阻抗來(lái)抑制并聯(lián)時(shí)因輸出電壓不一致引起的環(huán)流問(wèn)題，使逆變器并聯(lián)時(shí)能平穩(wěn)到達(dá)穩(wěn)態(tài)［12］。虛擬阻抗的引入會(huì)對(duì)逆變器的輸出阻抗產(chǎn)生影響。引入虛擬阻抗的逆變器控制模型框圖如圖9所示。

引入虛擬阻抗后等效參考電壓變?yōu)?/p>

圖9 加入虛擬阻抗的逆變器控制框圖Fig.9 Block diagram of inverter control with virtual impedance

將式（6）代入式（4），得

一般地，引入的虛擬阻抗特性為感性或阻性。當(dāng)其使用感性虛擬阻抗Rv時(shí)可近似為一超前環(huán)節(jié)，存在造成逆變器系統(tǒng)不穩(wěn)定的問(wèn)題；當(dāng)其使用阻性虛擬阻抗Rv時(shí)可為一常數(shù)，存在帶載情況下輸出電壓跌落的問(wèn)題［13-14］。由于本文使用的是主從并聯(lián)模式，并聯(lián)系統(tǒng)輸出電壓由主機(jī)決定，因而可以直接使用阻性虛擬阻抗。通過(guò)引入虛擬阻抗使從機(jī)等效輸出阻抗特性恒定，從而保證功率均分環(huán)可靠工作。

3.3 主從控制功率均分原理

由式（5）、式（7）可知,逆變器主機(jī)和從機(jī)的輸出阻抗特性均近似為阻性。以2臺(tái)逆變器主從機(jī)并聯(lián)為例，其等效模型如圖10所示。

根據(jù)上述模型可以推導(dǎo)出逆變器輸出功率表達(dá)式，即

圖10 逆變器主從機(jī)并聯(lián)等效模型Fig.10 Equivalent model of inverters in master-slave parallel

由于逆變器等效電壓源電壓與母線電壓的相位角φ1和φ2均很小，定義2臺(tái)逆變器輸出的幅值差和相位差分別為ΔVi和Δφi，則式（8）可以簡(jiǎn)化為

由式（9）得

由式（9）、式（10）可知，逆變器的輸出有功功率與電壓幅值偏差正相關(guān)，無(wú)功功率與電壓相位偏差負(fù)相關(guān)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)從機(jī)輸出電壓幅值可實(shí)現(xiàn)主機(jī)與從機(jī)有功功率均分，調(diào)節(jié)從機(jī)輸出電壓相位可以實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率均分。因此逆變器模塊從機(jī)只需要在電壓電流雙閉環(huán)控制外加上功率外環(huán)來(lái)調(diào)整參考電壓幅值和相位，即可以實(shí)現(xiàn)主機(jī)與從機(jī)功率均分。加入平均功率控制策略的逆變器從機(jī)控制框圖如圖11所示，圖中并聯(lián)控制中從機(jī)所需要的主機(jī)有功功率和無(wú)功功率數(shù)據(jù)由RS-485總線傳輸?shù)玫健?/p>

圖11 加入平均功率控制策略的逆變器從機(jī)控制框圖Fig.11 Block diagram of inverter slave machine control with average power control strategy

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了驗(yàn)證上述方案的正確性和有效性，本文使用基于Matlab軟件中的Simulink模塊搭建了仿真模型，并使用基于TMS320F28335控制平臺(tái)設(shè)計(jì)了2臺(tái)功率為3 kW的三相四線T型三電平中頻逆變器實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了單機(jī)與并聯(lián)實(shí)驗(yàn)。

表1 仿真與實(shí)驗(yàn)的樣機(jī)參數(shù)Tab.1 Simulation and experimental prototype parameters

4.1 單機(jī)仿真與實(shí)驗(yàn)

逆變器單機(jī)仿真波形如圖12，其中實(shí)線為逆變器A相電感電流和輸出電壓波形，虛線為參考電壓波形。通過(guò)使用PR控制器，輸出電壓與參考值之間的穩(wěn)態(tài)誤差得到完全消除，負(fù)載變化時(shí)的響應(yīng)速度也很快。

圖12 逆變器單機(jī)仿真波形Fig.12 Stand-alone Inverter simulation waveform

逆變器在空載、帶載以及負(fù)載變化條件下的A相輸出電壓波形如圖13所示?？蛰d情況下輸出電壓THD為2.1%，帶載情況下輸出電壓THD為1.4%。由負(fù)載突變實(shí)驗(yàn)可知，逆變器在負(fù)載變換時(shí)輸出電壓幅值相位基本穩(wěn)定，動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能良好。

圖13 逆變器單機(jī)實(shí)驗(yàn)波形Fig.13 Stand-alone inverter eperiment waveforms

4.2 并聯(lián)系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)

圖14為采用基于平均功率控制的逆變器主從并聯(lián)系統(tǒng)仿真波形。由上到下依次為A相的輸出電壓波形、主機(jī)和從機(jī)負(fù)載電流波形、主機(jī)和從機(jī)輸出有功功率波形。由圖14可見(jiàn)，并聯(lián)系統(tǒng)的并聯(lián)過(guò)程平穩(wěn)，均流效果好。

圖14 逆變器并聯(lián)系統(tǒng)仿真波形Fig.14 Simulation waveforms of inverter parallel system

圖15為逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的單相實(shí)驗(yàn)波形。圖15（a）為逆變器并聯(lián)系統(tǒng)帶載4.6 kW穩(wěn)態(tài)波形，圖15（b）為逆變器主機(jī)帶載2.3 kW后從機(jī)并聯(lián)時(shí)的動(dòng)態(tài)波形，由于均功率外環(huán)開(kāi)始工作與繼電器合閘時(shí)間不一致，因而并聯(lián)后調(diào)節(jié)時(shí)間會(huì)略長(zhǎng)。圖15（c）為逆變器并聯(lián)系統(tǒng)帶載2.3 kW切空載波形。圖15（d）為模擬主機(jī)故障退出時(shí)逆變器并聯(lián)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)情況。圖15（e）為模擬不同容量逆變器并聯(lián)情況：并聯(lián)系統(tǒng)總功率為4.6 kW時(shí)從機(jī)跟蹤主機(jī)功率并限定最大輸出功率1 kW時(shí)的實(shí)驗(yàn)波形。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：逆變器并聯(lián)系統(tǒng)輸出電壓良好；并聯(lián)的穩(wěn)態(tài)均流效果良好；并聯(lián)的動(dòng)態(tài)過(guò)程平穩(wěn)，穩(wěn)定性高；通過(guò)邏輯規(guī)則可以實(shí)現(xiàn)冗余并聯(lián)；根據(jù)逆變器容量不同能夠進(jìn)行功率分配優(yōu)化。

5 結(jié)語(yǔ)

本文主要研究了中頻逆變器主從并聯(lián)控制技術(shù)。首先，針對(duì)逆變器有線并聯(lián)時(shí)互連線復(fù)雜繁多的缺點(diǎn)，通過(guò)將同步時(shí)鐘信號(hào)和均流信號(hào)進(jìn)行復(fù)合傳輸以減小通信互連線數(shù)量，同時(shí)設(shè)置合適的邏輯規(guī)則以實(shí)現(xiàn)主從模式控制下的冗余并聯(lián)功能，提高并聯(lián)系統(tǒng)可靠性；其次，針對(duì)單臺(tái)逆變器模塊使用基于PR控制器的電壓電流雙閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)參考電壓的無(wú)靜差跟蹤。在逆變器單機(jī)的基礎(chǔ)上，對(duì)逆變器主從并聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行了環(huán)流分析，并驗(yàn)證了基于平均功率控制的逆變器主從并聯(lián)控制策略可行性。最后，仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性以及單機(jī)和并聯(lián)系統(tǒng)中控制策略的可行性與可靠性。

圖15 逆變器并聯(lián)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)波形Fig.15 Inverter parallel system experiment waveforms

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Research on Master-slave Paralleled Middle-Frequency Inverters’System Based on Average Power Control Strategies

LONG Jiangtao，CAI Huanyu，HE Xindong，SHI Jianjiang
（College of Electrical Engineering，Zhejiang University，Hangzhou，310027 China）

High quality and high reliability 400 Hz frequency AC power supply is strongly demanded in the field of aerospace，ships，radar，petroleum，metallurgy，communications switches and other power systems.The control technology of Paralleled inverters can make power supply more redundant and higher capacity，which is one of inverter＇s development trends.In the paper，the overall structure is designed for the Master-slave Paralleled Middle-Frequency Inverters’System to realize a redundant signal transmission and logic control.Voltage and current double closed-loop control strategies based on PR controller is used for a single inverter to improve its output characteristics.The paper establishes the mathematical model of the two paralleled inverters’system and designed a suitable scheme based on the average power control.Virtual impedance is added in the slave module’s control loop to improve the output performance.Finally，the validity of the designed system structure and control schemes are verified by the simulation and experiment results.

middle frequency inverter;master-slave parallel method;PR control;average power control

龍江濤

龍江濤（1989-），男，碩士研究生，研究方向?yàn)槟孀兛刂?，E-mail：lightna@zju.edu.cn；

蔡環(huán)宇（1990-），男，碩士研究生，研究方向?yàn)镻WM變流器，E-mail：jlyz11bc hy@zju.edu.cn；

何昕東（1992-），男，碩士研究生，研究方向?yàn)殚_(kāi)關(guān)變換器，E-mail：hxd5626 83202@163.com；

石健將（1969-），（通信作者）男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)殡娏﹄娮幼儞Q器、特種電源，E-mail：jianjiang@zju.edu.cn。

10.13234/j.issn.2095-2805.2015.2.1

：TM 344.1

：A

2014-07-05

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51277162）

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