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基于分布式的逆變電源并聯(lián)控制技術(shù)

2009-08-12
作者:阮 瑩 , 丁 喆

??? 摘 要:介紹了逆變電源" title="逆變電源" target="_blank">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" title="逆變電源">逆變電源" 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??? 關(guān)鍵詞:逆變電源; 并聯(lián);分布式控制

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??? 逆變電源的并聯(lián)技術(shù)是提高逆變電源供電可靠性和擴大供電容量的重要技術(shù)手段。當前大容量的逆變電源的發(fā)展趨勢是采用新型全控高頻開關(guān)器件構(gòu)成逆變電源模塊單元,再通過多個模塊并聯(lián)進行擴容。這樣可以提高逆變電源模塊的通用性和靈活性,使系統(tǒng)設(shè)計、安裝、組合更加方便,同時增加系統(tǒng)的冗余性和可靠性。交流電源間的并聯(lián)遠比直流電源并聯(lián)運行復雜,由于其正弦波輸出,逆變電源的并聯(lián)需要滿足5項條件,即相同的電壓、頻率、波形、相位和相序,只有這樣才能消除環(huán)流、均分負載功率,達到最佳的運行狀態(tài),真正實現(xiàn)逆變電源并聯(lián)[1]。
??? 目前,逆變電源并聯(lián)控制方式一般分為集中控制、主從控制、分布式控制、3C控制和無互連線獨立控制5種控制策略。
??? 在現(xiàn)有的各種控制方式中,集中控制、主從控制在實際應(yīng)用中都有一定的應(yīng)用,但由于并聯(lián)控制電路故障可能會引起整個系統(tǒng)故障停機,所以應(yīng)用受到一定的限制。3C控制實際上是對分布式控制的一種改進,而無互連線控制與實際應(yīng)用有一定的差距,所以分布式控制相對有一定的優(yōu)勢。
1 分布式控制并聯(lián)控制策略
1.1 分布式控制的概念
??? 分布式控制技術(shù)又稱分散邏輯控制,將系統(tǒng)的各個中心環(huán)節(jié)的控制權(quán)進行分散化和獨立化,實現(xiàn)系統(tǒng)中各個單元的獨立工作。這種控制方式可實現(xiàn)真正的冗余并聯(lián),有1個模塊故障退出時,并不影響其他模塊的并聯(lián)運行;可靠性高、危險性分散、功能擴展容易等良好的特性已在眾多領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用;成為計算機系統(tǒng)發(fā)展的主要方向之一,是一種比較完善的分布式智能控制技術(shù)[2]。
1.2 分布式并聯(lián)的控制原理
??? 逆變電源并聯(lián)控制策略中,集中控制和主從控制都可能因為部分電路故障而使整個系統(tǒng)故障停機。分布式并聯(lián)控制[1]策略可解決該問題,在各逆變電源中綜合每個電源模塊的電流及頻率信號,得出各自頻率及電壓的補償信號,該方式能實現(xiàn)真正的N+1運行模式。
??? 各模塊并聯(lián)控制單元檢測相應(yīng)模塊的市電頻率和相位,給其他各電源模塊發(fā)出同步脈沖,無市電時,同步脈沖有晶振產(chǎn)生,各個逆變電源的鎖相環(huán)電路用來保證其輸出電壓頻率和相位與同步總線脈沖信號同步。并聯(lián)控制單元將其他模塊單元負載電流與本機負載電流作比較,求出電流偏差,并將其作為電壓指令的補償量發(fā)送給每個逆變電源單元,以消除各模塊輸出電流的不平衡??刂凭C合部分的均流及同步原理如圖1所示。

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1.3 并聯(lián)系統(tǒng)控制方案
??? 在目前所見的文獻里,分布式控制并聯(lián)方案主要包括有功無功控制和平均電流瞬時控制方案兩種。
1.3.1有功無功控制方案[1]
??? 有功和無功并聯(lián)控制,即功率偏差并聯(lián)控制。通過每個逆變電源單元檢測出本單元輸出的有功和無功的偏差值,以調(diào)節(jié)逆變電源單元輸出電壓的相位和幅值,保證每個逆變電源單元輸出的有功無功相等,達到均流的目的。
??? 以2臺逆變電源模塊向同一負載供電為例進行簡單的分析,如圖2所示,其中X為線路阻抗,U0為并聯(lián)電網(wǎng)電壓。

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??? 逆變器1供給負載的復功率為:
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??? 由于一般逆變電源輸出電壓和系統(tǒng)電壓間的相位差很小,
??? 同理逆變電源2的輸出功率為:
???
??? 由式(5) 和式(6)可看出逆變電源的輸出有功的大小主要取決于功率角,而輸出無功功率則主要取決于輸出電壓的幅值,因此,可以通過改變逆變電源的輸出電壓幅值來控制無功功率,通過改變相位來控制有功功率,從而實現(xiàn)各輸出電源模塊的均流。 基于有功無功控制策略系統(tǒng)圖如圖3所示。

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??? 通過上述分析可得出這種控制策略的特點[3]
??? (1)采用3條并聯(lián)控制線:有功功率線、無功功率線、頻率線;
??? (2)各模塊之間地位一致, 可以實現(xiàn)真正的分布式冗余控制;
??? (3)并聯(lián)控制線屬于直流信號, 抗干擾能力較強;
??? (4)屬于平均值控制方式, 動態(tài)響應(yīng)較差;
??? (5)有功、無功的計算量大。
1.3.2平均電流瞬時控制方案
??? 平均電流瞬時控制方案[1,4]一般通過鎖相環(huán)電路保證各模塊基準電壓的嚴格同步,通過求出各模塊輸出電流的瞬時平均值進行電流的調(diào)節(jié),以達到均流的目的。
??? 根據(jù)戴維南定理,1個逆變器可以用圖4所示的等效電路來表示,其中是一個可控變電壓源,Z是逆變電源的輸出阻抗,Zp是連接逆變電源輸出端到負載的連線阻抗,Zl是負載阻抗。
??? 在逆變電源并聯(lián)系統(tǒng)中,每個逆變電源都是一個電壓源,如果各個逆變電源完全一致,那么負載電流就會自動地平均分配到各個逆變電源模塊中去,然而實際電路中逆變電源的參數(shù)或多或少都會有偏差,這些參數(shù)偏差最終導致逆變電源的輸出電流有偏差。因此,可以把參數(shù)偏差當作是加于逆變電源輸出電流的一種干擾。為方便分析圖4所示等效圖,把所有參數(shù)偏差造成的影響集中起來并用一個干擾源id來表示,這樣均流問題就成為一個抗干擾問題,如圖5所示。


??? 引入一個干擾源來代表所有誤差偏離,那么并聯(lián)逆變電源系統(tǒng)中各個逆變模塊就可以看成是一致的,如圖6 所示。

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??? 因為把所有逆變電源看作是一致的,所以有:
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??? 由圖6可以得到描述并聯(lián)逆變電源系統(tǒng)的一組方程:
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??? 其中ZT=Z+Zp。
??? 因為是平均電流均流法,共享信息是平均輸出電流,因此,
????
??? 式(12)、式(13)展示了系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)和均流特,性系統(tǒng)是否穩(wěn)定由式(12)、式(13)分母的根的位置決定。
??? 基于上述分析可知該控制策略的特點如下:
??? (1)電壓基準、電壓反饋、電流基準均為各并聯(lián)模塊相應(yīng)信號的平均值,并聯(lián)后系統(tǒng)的動靜態(tài)性能不低于單模塊設(shè)計性能,且不需附加額外的并聯(lián)控制模塊;
??? (2)各個模塊之間地位一致, 可以實現(xiàn)真正的分布式冗余控制;
??? (3)并聯(lián)方法模塊間的模擬信號線較多,不適于遠距離通信,易受干擾;
??? (4)并聯(lián)控制電路復雜,可靠性降低。
2? 結(jié)論
??? 基于分布式的逆變電源并聯(lián)運行不僅可以滿足容量擴充的要求,也可組成并聯(lián)冗余系統(tǒng),提高運行的可靠性,同時也使整個系統(tǒng)具有極高的系統(tǒng)可維護性能,在逆變單元出現(xiàn)故障時,可方便地進行熱插拔更換或維修。本文對分布式并聯(lián)控制的常用方法進行了詳細的原理闡述和簡單的比較,指出了其優(yōu)缺點,在實際應(yīng)用中可以根據(jù)側(cè)重點進行選擇。
參考文獻
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[2]? 段善旭,劉邦銀,康勇,等.基于分散邏輯的UPS逆變電源并聯(lián)控制技術(shù)[J],電力電子技術(shù),2004,38(2):56-58.
[3]? 汪東,鄧焰,何湘寧.逆變電源并聯(lián)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].電力電子,2007,(3):8-13.
[4]? 陳東華,謝少軍,周波.瞬時值電流控制技術(shù)比較[J].南京航空航天大學學報,2004,36(3):343-347.

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