KEY WORDS: Inverter Parallel Operation Master-Slaver Small-Signal Model

摘要: 本文从简单、实用的角度出发，采用共电压外环的主从并联方案，实现了两台1 k VA 逆变器的并联，并用小信号模型分析了单台逆变器的建模和设计方法，zui后给出了相关试验波形和结论。

从上图可以看出，电感电流内环有低通滤波器质。但是存在较大的自激震荡。内环的传递函数的相位裕量为 90^o，但是负载变化对电流内环的开环增益影响很大。

电流环般采用P调节，我们取调节比例系数K_ip=2。则电流环闭环Bode图见图5。
    从图5可以看出，电感电流采用P调节后，负载参数对内环增益特的影响减小。内环带宽增大，呈现出好的低通滤波器质，在低频段的相位误差小。
            

从电流环的传递函数可以得出系统外环开环传递函数如下，Bode图见图6。
                   
 

从上图可以看出，系统的相位裕量为87.5^o。转折频率为7.9k。为了减小输出电压和参考电压之间的静态误差，采用PI调节是种比较好的方法。PI调节环采用如下参数：
            

外环采用PI调节后的系统开环Bode图见图7，从图中可以看出：系统在低频段50Hz处有50dB的增益，增益变大，说明系统的跟踪能变好，相位裕量为84^o，说明系统的有良好的动态能。这个结论与后面的实验结果是致的。
           

4         实验结果

为了验证上述理论的正确，我们采用桥变换拓扑，试验参数与仿真参数致。其中逆变开关管采用IGBT：G4PC50UD，图8－图12是相关试验波形。电压反馈采样用LEM公司的LV28-P，电感电流采用LEM公司的LA58-P。LV28-P具有的，良好的线度，低温漂，*的反应时间，宽频带，无插入损坏，能力强的优点。LA58-P具有，线度好，过流能力强和好的特点。

图8是单台工作时，突加1kW负载，输出电压和电流波形，从图中可以看出，输出电压几乎没有变化，说明系统具有良好的动态特。图9是1kW负载下，两台并联时的电流波形，从图中可以看出，电流波形无论相位还是幅值都致，说明均流效果良好。图10为1kW负载下，台突然退出时的电流波形；图11为1kW负载下，台突然加入时的电流波形；图12为两台并联时，突加1kW负载时的输出电压和其中台的电流波形。从实验结果可以看出，系统并联下的动态能、均流效果较好。与前面的理论分析是致的。
           
          
             

本文从简单、实用的角度，提出了种共电压外环的主从并联方案并用相关实验进了验证。从图1以可以看出，在主模块和从模块中加入开关S₁、S₂就可以实现主从模块的切换，构成种循环分布式逆变电源并统。
 

共电压外环主从并联方案具有简单、实现方便、、均流效果好的优点，但是不能否认的是这种方案电流环的增益很小，因此母线对均流效果有很大影响；主从之间通过模拟信号相连，对EMI相当敏感等缺点。

参考文献

[1] Analysis and design of a multiple feedback loop control strategy for single-phase voltage-source UPS inverters Abdel-Rahim, N.M.; Quaicoe, J.E.; Power Electronics, IEEE Transactions on , Volume: 11 , Issue: 4 , July 1996 Pages:532 - 541

[3] Novel control for redundant parallel UPSs with instantaneous current sharing Yan Xing; Lipei Huang; Sun, S.; Yangguang Yan;Power Conversion Conference, 2002. PCC Osaka 2002. Proceedings of the , Volume: 3 , 2-5 April 2002 Pages:959 - 963 vol.3

[4] 逆变器并联的相位调制跟踪法及其相关的研究; 胡文斌博士论文

[5] Parallel operation of single phase inverter modules with no control interconnections Tuladhar, A.; Jin, H.; Unger, T.; Mauch, K.; Applied Power Electronics Conference and Exposition, 1997. APEC '97 Conference Proceedings 1997., Twelfth Annual , Volume: 1 , 23-27 Feb. 1997 Pages:94 - 100 vol.1

[6] 逆变器及其并联的研究; 朱志杰硕士学位论文

关键词：逆变器并联 主从方式 小信号模型

1        引言

随着现代通信、计算机网络和制造的发展，计算机和现代通信设备对电源的要求越来越。并联因其、系统扩容方便、易于化和模块化等优点而成为近年来研究的热点。逆变器的并联主要有集中式方案、主从式方案、平均电流瞬时值方案、有功无功方案、下垂特调节方案等。这些方案各有优缺点。本文从简单、实用原则出发，采用主从并联方案实现了两台1 k VA 逆变器的并联。第二节简单的描述了主从并统的结构；第三节用小信号模型详细的对单台逆变器建模，并分析各参数对系统的影响；第四节给出了相关实验波形和分析；zui后做了简单的总结。

2        主从逆变器并联模型
图1是两台基于主从方式的逆变器并联方案系统框图。
      
  主从式并联方案工作原理如下：主模块采用输出电压外环、电感电流内环双环，以输出电压的正弦度、提系统的动态特、减小静态误差。主模块的电压参考信号Vref与输出电压相减，经PI调节后，作为电感电流的基准，此基准信号通过并联线同时作为从机模块的电感电流基准。由于主机和从机共用个电感电流基准。他们之间的耦合关系使得系统能够达到自动均流的效果，而不需要额外的均流器。基于共电压外环的主从并联方案具有如下优点：

Ø         不需额外均流电路，可以自动实现系统的均流功能

Ø         不需要额外的锁相环电路

Ø         设计简单，相对可靠

同时，由图1可以看出，在不考虑输出功率连接线阻抗的情况下，逆变器主从模块的设计与般单台逆变器的设计方法相同。下节采用小信号模型分析和设计单台逆变器参数。

3        单台逆变器小信号模型和参数设计

单台逆变器的模型见图2。其中V_dc是母线电压；L_f、C_f是逆变器的滤波电感和滤波电容；R是输出负载；R_f是滤波电感的等效电阻；M是占空比，是非线函数。由于滤波电容的等效电阻小，对系统的影响不大，般不予考虑。
        

上述模型是非线的，在SPWM工作方式下，如果载波频率fs远远大于基波频率f，则可以通过平均值模型进行线化。然后在静态工作点附近做扰动，得到逆变器的小信号方程如下：
   

就逆变器的方法而言，主要有单电压环瞬时值调节；电感电流内环、电压外环瞬时值调节；电容电流内环、电压外环瞬时值调节三种方案，考虑到并联时，为了减小环流，应尽可能的让逆变器呈电流源质，因此采用电感电流内环、电压外环瞬时值调节方案。其框图见图3。
      

电感电流内环空载、满载下的Bode图如图4。