大功率单相逆变器并联控制与保护技术研究
逆变器并联系统的控制策略研究
逆变器并联系统的控制策略研究逆变器并联系统的控制策略研究主要涉及逆变器的运行控制和并联系统的协调控制两个方面。
逆变器的运行控制策略研究主要包括以下几个方面：1. PWM控制策略：通过调节逆变器的开关频率和占空比实现输出电压的控制，常用的控制策略有Carrier-Based PWM、Space Vector PWM等。
2. 控制模式选择：逆变器可以采用直流电流控制、直流电压控制或者交流电流控制等多种控制模式。
不同的控制模式适用于不同的应用场景，需要根据具体要求选择合适的控制模式。
3. 控制方式选择：逆变器的控制方式可以采用闭环控制或者开环控制，闭环控制可以提高系统的稳定性和动态性能，但增加了系统的复杂性和成本。
4. 多电平逆变控制策略：多电平逆变控制策略可以通过增加逆变器的电平数来提高输出波形质量，降低谐波含量，常用的控制策略有多电平对称调制、多电平与合成等。
并联系统的协调控制策略研究主要包括以下几个方面：1. 功率分配策略：在并联系统中，各逆变器的功率分配对于系统的正常运行至关重要。
常用的功率分配策略有平均负载功率法、功率最大电流法、功率分配比例法等。
2. 电流共享控制策略：并联系统中的逆变器需要实现电流共享，即各逆变器的输出电流要保持一致。
常用的电流共享控制策略有主从控制、自适应控制等。
3. 故障容错控制策略：并联系统中的任何一个逆变器出现故障都会对整个系统产生影响，因此需要具备故障容错的能力。
常见的故障容错控制策略有失效检测与切换、故障恢复等。
4. 智能化控制策略：随着智能化技术的发展，可以利用人工智能、模糊控制、神经网络等方法对并联系统进行智能化控制，提高系统的性能和稳定性。
以上是逆变器并联系统控制策略研究的一些主要内容，研究人员可以根据具体需求选择合适的策略进行研究。
单相逆变器无互联线并联控制技术研究
I
单相逆变器无互联线并联控制技术研究
ABSTRACT
The Distributed Power System (DPS) has attracted more and more attentions because it has many desirable features such as modularity, expandability, maintainability, redundancy and increased reliability. The kernel of the AC DPS is the control technique of parallel inverters. Compared to other methods of parallel inverters, the scheme without control interconnection has a lot of merits such as the convenient of placement, fewer interconnection, the stronger anti-interference and the better redundancy. However, this control method also has some problems which need to be solved. So, this paper focus on the parallel inverters, which controlled by droop method, as the investigated subject. The conventional droop method used in parallel inverters is introduced and a method for calculating the droop coefficient is proposed. In order to decrease the loop current of the system in the paralleling moment, a digital phase lock loop (DPLL) is designed, which can improve the precision of the phase difference between the inverter module and the AC bus. The stability of the parallel system is related to calculation interval of the active and reactive power according to the analysis result of small-signal model. Basing on this result, a novel calculation method is brought forward, which can shorten the time as 1/40 as the conventional computing time and improve the stability of the parallel system. In the parallel system controlled by conventional droop method, the power can’t be shared properly because of the parameters difference between the inverter modules. Furthermore, the difference between the line impedance and output impedance of inverters is neglected, which can result in the oscillation of loop current. For eliminate these problem a new decoupling droop control method is presented. Two 500VA prototypes are developed. The simulation and experiment results show that paralleled inverter modules have a good performance. Keywords: inverters, parallel, without control interconnection, droop control, decoupling control, power calculation, DPLL
逆变器的并联运行技术
半百≯ 守
圈５两逆变器并联向负载供电
上式表明，两模块有功功率的均衡主要取决于功 率角ａｌ和８２的一致性，而无功功率主要取决于逆变 器输出电压有效值ＥＩ和Ｅ２的一致性。令各模块
∞２∞ｏ—ｍ·Ｐ
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——————————————————————中—国—电—工——技—术—学——会—电—力——电—子—学—套——第—七—次——奎—国—学—术——舍—设———————————————————～～
逆变器的并联运行技术
南京航空航天大学刑 岩戚惠严仲光赵修抖（南京２１００１６）
信息技术的迅速发展，对其供电系统的容量、性 能和可靠性要求越来越高．也推动着电力电子技术的 研究不断深入，研究领域不断拓宽。多模块并联实现 大容量电源被公认为当今电源变换技术发展的重要 方向之一。多个电源模块并联，分担负载功率，各个 模块中主开关器件的电流应力太大减小，从根本上提 高可靠性、降低成本。同时，各模块的功率容量减小 而使功率密度大幅度提高。另外，多个模块并联，可 以灵活构成各种功率容量，以模块化取代系列化，从 而缩短研制、生产周期和成本，提高各类开关电源的 标准化程度、可维护性和互换性等。
（１）一台或多台投人运行时，相互问及与系统的 频率、相位、幅度必须达到一致或小于容许误差时才 能投人，否则可能给电网造成强烈ｊ中击或输出失真。 而且并联工作过程中，各逆变器也必须保持输出一 致，否则。频率的徽弱差异的积累将造成并联系统输 出幅度的周期性变化和波形畸变；相位不同使转出幅 度不稳。
（２）功率的分配包括有功和无功功率的平均分 配，即均流包括有功和无功均流。直流电源的均流技 术不能直接适用。
基于CPLD的大功率逆变电源并联控制器
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２００６．４ Ｖｏｌ．３０ Ｎｏห้องสมุดไป่ตู้４
U −U I = r + jω ( L + M ) U −U I = + r jω ( L + M ) （１） = − ( ω ) U I R j M Á U = U − I j ω ( − M ) U −U I = + + ω (L + L + 2M ) r r j I = I + I ・・ ・ ・ Ｉ ２ 分 别 表 示 两 台 逆 变 电 源 电 流 的 有 效 值 相 量 ； Ｕ１、 Ｕ２ 式 中 ： Ｉ １、
１ 逆变电源并联工作需解决的关键技术
逆变电源的并联比一般的直流电源的并联要复杂得多， 最重要的就是要保证各台逆变电源的输出功率分配均匀， 即 达 到 均 流 的 要 求 。 因 此 ， 必 须 满 足 以 下 三 个 条 件 ［１］ ： （１） 并 联 运 行 的 各 台 逆 变 电 源 的 输 出 电 压 的 瞬 时 幅 值 相 等 ； （２） 并 联 运 行 的 各 台 逆 变 电 源 的 输 出 电 压 的 频 率 相 等 ； （３） 并 联 运 行 的 各 台 逆变电源的输出电压的相位一致。
多台逆变电源并联运行不仅可以扩大电源的容量， 而且 可以组成并联冗余系统以提高系统的可靠性， 比单台大功率 逆变电源具有更多的优点。然而逆变电源并联工作相对于直 流电源并联要复杂得多， 需要解决负载均衡、同步等关键技 术。 多台逆变电源投入运行时， 相互间的频率、 相位、 瞬时电压 幅值必须达到一致或小于容许误差， 功率的分配包括有功和 无功功率的平均分配， 即均流包括有功和无功两部分。 当控制 不当时， 整个供电系统容易出现功率输出不均衡， 以至于在任 意两台逆变电源之间形成较大的环流， 过大的环流使逆变电 源的开关功率器件的负担加重， 发散的环流将使得电源并联 论文通过分析环流产生原 系统崩溃， 导致对负载供电的中断。 因及其危害， 应用控制与保护相结合的策略， 对环流进行有效 抑制。 理想状况下当并联运行的逆变电源输出电压的瞬时幅 值、 频率以及相位一致时逆变电源电压差为零。 在实际逆变电 源并联系统中， 由于电路参数的差异， 负载的经常变化或者控 制系统的固有特性等原因， 逆变电源输出电压的瞬时值往往 不可能完全相等， 从而产生压差， 形成环流。瞬时电压幅值有 差异时会出现环流， 部分逆变单元吸收无功功率， 另一部分输 出无功功率； 存在相差时， 逆变单元之间会出现较大的环流， 主要为有功环流， 相差太大时有可能使逆变器工作在整流状 态。 只有并联运行逆变电源输出瞬时电压幅值、 频率和相位相 一致或在容许误差范围内， 才能有效地消除环流， 保证并联逆 变 电 源 的 正 常 运 行 及 负 载 的 正 常 工 作 ［２］ 。
大功率三相逆变器控制与并联技术研究
华中科技大学硕士学位论文大功率三相逆变器控制与并联技术研究姓名：刘慧申请学位级别：硕士专业：电力电子与电力传动指导教师：康勇;裴雪军20080608华中科技大学硕士学位论文摘 要三相逆变器作为交流供电电源的主要部分，广泛地应用于电动车、电力设备、产业设备、交通车辆等领域。
逆变器的并联控制技术以其广泛的应用前景也得到越来越深入地研究。
人们对逆变电源的要求越来越高，高性能、高可靠性的大功率逆变器就是当今逆变电源的发展趋势之一。
提高逆变电源容量主要有两个途径，设计大功率的逆变器和采用逆变器并联技术实现电源模块化。
为此，本文以两台400kV A组合式三相逆变器为对象，采用全数字化控制方式，主要研究了大功率三相逆变器的波形控制技术和并联控制技术。
本文围绕大功率组合式三相逆变器，对其主电路结构、系统的数学模型、波形控制技术以及并联系统模型、并联控制方案进行了较为详细的分析和研究。
分析了适用于大功率的组合式三相逆变器结构，并给出了400kV A组合式三相逆变器的主电路设计。
建立和分析了组合式三相逆变器在ABC、αβ、dq坐标系下的数学模型。
针对大功率组合式三相逆变器，采用在dq坐标系下的三相电压闭环统一控制方案。
为了使大功率三相逆变器得到较好的输出电压波形质量，采用PID瞬时值电压反馈控制和重复控制并联结合的控制方案。
分析了PID控制器和重复控制器的原理，并针对400kV A三相逆变器的系统性能，给出了相应数字PID控制器和重复控制器的设计。
并利用Matlab建立了系统的仿真模型，给出了理论研究结果。
提出了有效提高系统动态性能的两种方法：加负载电流前馈和动态过程中强制改变改变调制比。
介绍了大功率三相逆变器的短路限流保护技术，提出了采用瞬时值限流电路和单独的软件限流环相结合的方案，保证大功率三相逆变器在短路时自动限流保护。
对两台大功率三相逆变器组成的并联系统的结构、环流特性及逆变器的输出功率进行了分析。
详细分析了输出阻抗特性不同时，逆变器环流和输出功率分配的差异，得出了输出阻抗对环流和功率影响的一般规律。
不同容量逆变器并联技术研究开题报告
不同容量逆变器并联技术研究开题报告一、文献综述1 国内外研究现状早在 20 世纪 70 年代，就有学者提出将逆变器进行并联运行，并且开始对逆变器并联控制技术研究进行研究。
到上世纪 90 年代中期，一些发达国家已经将并联逆变器投入生产，并投入实用。
如日本的梅兰日兰公司、三菱公司、东芝公司，美国的 APC 公司、Libert公司，德国的西门子公司等[3]。
在我国，对于逆变器并联技术和逆变器模块化生产的研究起始于上世纪 90年代，相对于世界发达国家起步较晚。
目前，主要是一些高校对这一领域进行了相关的研究。
例如国内比较知名的西安交通大学、华中科技大学、南京航空航天大学、浙江大学等。
这些高校对于逆变器并联技术方面的研究在国内处于领先地位。
与此同时，意识到并联逆变器的重要性，国内其他一些高校也先后加入了这一研究领域。
但是由于起步较晚，大多数高校在这个领域的研究都还处于试验阶段。
国内一些致力于电源研究和生产的企业，如台达、埃默森、华为等，在这方面也做了大量的工作，并且也有企业生产出了相关的产品。
但其性能有待于实践检验[3]、[4]。
1.1 逆变器独立运行控制技术逆变器因调制带来了谐波，滤波器在消除谐波的同时也带来了系统的过渡过程与稳定性问题。
因此，系统需要调节器来实现其所需的稳态性能与动态性能，调节器的实现方式有以下控制方式。
1.1.1 PID控制在实际工程中，应用最为广泛的调节控制为比例积分微分控制，即PID控制，PID控制结构简单、稳定性好，工作可靠、调整方便[6]。
其传递函数为PID控制通过调节、、这3个参数来起作用的。
这3个参数取值的不同，其比例、积分、微分的作用强弱就不同。
对于P调节器，随着值的加大，闭环系统的超调量加大，系统响应速度加快。
若超过一定值，则系统变得不稳定。
对于PI调节器，随着值的加大，闭环系统的超调减小，系统响应速度略微变慢。
对于PID调节器，由于微分环节的作用，在曲线的起始上升段呈现尖锐的波峰，之后曲线也呈衰减震荡。
一种多台单相电压源型逆变器并联的无功环流抑制方法[发明专利]
![一种多台单相电压源型逆变器并联的无功环流抑制方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/ffa7c98a1b37f111f18583d049649b6648d709ae.png)
(10)申请公布号(43)申请公布日 (21)申请号 201510177899.9(22)申请日 2015.04.15H02M 7/493(2007.01)H02J 3/38(2006.01)(71)申请人西安理工大学地址710048 陕西省西安市金花南路5号(72)发明人任碧莹 郝金莉 孙向东 安少亮(74)专利代理机构西安弘理专利事务所 61214代理人李娜(54)发明名称一种多台单相电压源型逆变器并联的无功环流抑制方法(57)摘要本发明公开了一种多台单相电压源型逆变器并联的无功环流抑制方法，包括以下步骤：采集逆变器x 的输出电压u x 和输出电流i x ；计算逆变器x 的平均有功功率P x 和平均无功功率Q x ；对平均有功功率P x 和平均无功功率Q x 进行处理，得到输出电压参考值u refx ；将输出电压参考值u refx 与逆变器x 的输出电压u x 作差，并经过电压调节器处理得到输出电流参考值i refx ；将输出电流参考值i refx 与逆变器x 的输出电流i x 作差，并经过电流调节器处理得到调制信号；调制信号经过调制模块得到逆变器x 的开关管驱动信号。
本发明的一种多台单相电压源型逆变器并联的无功环流抑制方法，与现有技术中单独调节给定电压幅值或无功下垂系数的方法相比，具有更好的无功环流抑制效果及更快的响应速度。
(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书2页 说明书4页 附图3页(10)申请公布号CN 104811074 A (43)申请公布日2015.07.29C N 104811074A1.一种多台单相电压源型逆变器并联的无功环流抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，采集逆变器x 的的输出电压u x 和输出电流i x ，其中x 为逆变器的编号，取值为[0，n]；步骤2，根据平均功率计算方法计算得到逆变器x 的平均有功功率P x 和平均无功功率Q x ；步骤3，采用下垂控制器对平均有功功率P x 和平均无功功率Q x 进行处理，得到逆变器x 的输出电压参考值u ref x ；步骤4，将输出电压参考值u ref x 与逆变器x 的输出电压u x 作差，并经过电压调节器处理得到逆变器x 的输出电流参考值i ref x ；步骤5，将输出电流参考值i ref x 与逆变器x 的输出电流i x 作差，并经过电流调节器处理得到调制信号；步骤6，调制信号经过调制模块进行调制处理得到逆变器x 的开关管驱动信号，逆变器x 的控制器根据开关管驱动信号对逆变器x 进行控制，从而抑制环流。
逆变电源并联控制技术
逆变器的并联运行技术摘要：介绍多个电源模块并联使用时,会产生的问题及其解决方法。
关键词：电源模块并联运行均流信息技术的迅速发展,对其供电系统的容量、性能和可靠性要求越来越高,也推动着电力电子技术的研究不断深入,研究领域不断拓宽。
多模块并联实现大容量电源被公认为当今电源变换技术发展的重要方向之一。
多个电源模块并联,分担负载功率,各个模块中主开关器件的电流应力大大减小,从根本上提高可靠性、降低成本。
同时,各模块的功率容量减小而使功率密度大幅度提高。
另外,多个模块并联,可以灵活构成各种功率容量,以模块化取代系列化,从而缩短研制、生产周期和降低成本,提高各类开关电源的标准化程度、可维护性和互换性等。
80年代国外开始研究DC/DC变换器并联运行技术,现已取得实用性的成果,而新的均流技术、系统稳定性等方面的研究仍在不断深入。
同主电路和控制电路的研究发展过程一样,逆变器并联运行技术的研究也是在借鉴DC/DC并联技术的基础上不断深入。
但由于是正弦输出,其并联运行远比直流电源困难,首先要解决三个问题：（1）两台或多台投入运行时,相互间及与系统的频率、相位、幅度必须达到一致或小于容许误差时才能投入,否则可能给电网造成强烈冲击或输出失真。
而且并联工作过程中,各逆变器也必须保持输出一致,否则,频率微弱差异的积累将造成并联系统输出幅度的周期性变化和波形畸变;相位不同使输出幅度不稳。
（2）功率的分配包括有功和无功功率的平均分配,即均流包括有功和无功均流。
直流电源的均流技术不能直接采用。
（3）故障保护。
除单机内部故障保护外,当均流或同步异常时,也要将相应逆变器模块切除。
必要时还要实现不中断转换。
目前,实现逆变器并联运行的几类典型方法有：1 自整步法[1][2][3]并联系统中各模块是等价的,没有专门的控制模块。
通过模块间的均流线实现同步和均流,源于航空恒速恒频（CSCF）电源的自整步并联技术[2]。
其基本原理是（见图1）：以两路并联为例。
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华中科技大学硕士学位论文大功率单相逆变器并联控制与保护技术研究姓名：刘文超申请学位级别：硕士专业：电力电子与电力传动指导教师：裴雪军20090531华中科技大学硕士学位论文摘要以两台60KW单相全桥电压控制性逆变器为对象，建立了单相逆变器及并联系统的数学模型，对大功率单相逆变器的并联控制与保护技术进行了分析研究。
采用全数字化控制，详细研究了单相逆变器的波形控制技术、数字锁相技术、功率调压策略以及逆变器的保护策略。
推导了单相逆变器的数学模型，分析影响逆变器输出波形畸变的主要因素，提出了对逆变器单机进行控制的方法。
介绍了PID控制和重复控制的原理，根据60KW逆变器的参数与要求，设计了将PID控制与重复控制进行并联结合控制单机控制器，通过建立MATLAB仿真模型进行仿真分析。
Δ&才是环流分析逆变器并联系统的特点，揭示了逆变器的输出电压存在矢量差E产生的根本原因。
逆变器输出阻抗是影响环流大小的另一因素，输出阻抗的大小与环流成反比，而输出阻抗的特性与环流特性之间又有着比较复杂的关系。
逆变器采取闭环电压控制会减小逆变器的输出阻抗，并且改变环流的性质，因此与环流抑制之间存在着矛盾。
根据本机特性，提出基于分散逻辑控制的逆变器并联系统的控制方案，分析了同步和调压策略。
采用锁相技术使各逆变单元输出电压的相位趋于一致，根据系统特性进行无功调压控制，保证了逆变器输出电压的幅值的相等。
通过同步和调压的控制，很好的抑制了并联系统中环流的产生，逆变器得以均分负载所需功率，从而保证了并联系统的安全稳定运行。
介绍了逆变器并联系统的保护策略，包括过载保护、过压保护、过流保护、过温保护等等，主要介绍了过温保护和限流保护。
采用温度变送器作为温度传感器，设计了温度转换电路，使逆变器能实时获得系统的工作温度，并进行相应的保护。
提出了通过硬件保护和软件限流相结合的限流策略，使逆变器在遭到负荷冲击时，能够可靠的工作而不停机，并针对逆变器并联系统短路的特点对限流策略进行了改进。
根据设计采用的单机控制方案与并联控制方案，在两台60KW逆变器样机上进行了试验，验证前面章节分析的理论结果，证实了控制方案的可行性。
关键词：大功率单相逆变器，PID控制，重复控制，并联，锁相，功率调压，过温保护，限流保护华中科技大学硕士学位论文AbstractBased on two single-phase voltage-controlled inverters, the paper established the mathematical model of inverter and its parallel control system, then studies and analyzes the parallel system and protection methods. Through digital controlling, the paper researches waveform control strategy, digital phase-locked loop, voltage regulator through power error as well as protection strategy.The paper establishes the mathematical model of singer-phase inverter, analyzes factors makes distortion in the waveform, then propose a control scheme for high-power inverter. The paper introduces the principle of PID control and repetitive control, according to the 60KW single-phase inverter, the method of combining PID control and repetitive control is designed in the paper, then it’s verified through simulation with Matlab.Through analyzing the parallel system, the paper reveals vector error of output voltage is the real reason of circulating current. Output impedance is another factor affecting the magnitude of circulating current. But if inverter is controlled with close-loop of voltage, the output impedance will decrease, and the feature of circulating current will change too, so there is contradiction between circulating current control and close-loop control.According to the 60KW inverter, the paper proposes a scheme based on distribute logic for parallel system control. Using digital phase-locked loop can make the phase of all inverters be the same, controlling the power error can make the magnitude be the same. Through these control strategy, there will be little circulating current, and all the inverters distribute power on average.The paper introduces protection methods for inverter, including overload protection, over-voltage protection, over-temperature protection and current limiting protection, primary on the latter two. Temperature transmitter and temperature transform current are design on the paper, too. DSP can gain the temperature of system on the time, and then it can protect the inverter from high temperature. The paper propose a strategy of current limiting combining hardware protection and software protection, which make the inverter always work even it’s impacted by high-current. The paper also gives a improving strategy to limit output current for parallel system.According to the strategy for controlling parallel system and protecting inverters, it华中科技大学硕士学位论文was tested on two 60KW inverters. The theoretic results and control strategy proposed on the paper are verified by the experimental results.Keywords: High-power Single-phase Inverter, PID Control, Repetitive Control,Parallel, Phase-Locked Loop, Regulating V oltage Based on P&Q,Over-temperature Protection, Current Limiting Protection独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律效果由本人承担。
学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
保密□，在 年解密后适用本授权书。
本论文属于不保密□。
（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文1 绪论1.1 大功率逆变器的研究背景1.1.1 现代电力电子技术发展现状电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而成，主要研究的是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。
电力电气技术分为电力电子器件制造技术和交流技术两个分支，其中以电力电子器件制造为基础和核心。
一般认为，电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公司研制出的第一个晶闸管为标志的，电力电子技术的概念和基础就是由于晶闸管和晶闸管变流技术的发展而确立的。
70年代后期以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极型晶体管（BJT）、电力场效应管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件全速发展，使电力电子技术的面貌焕然一新进入了新的发展阶段。