[發明專利]一種主從式并聯逆變器輸出均流控制方法

有效

• 申請號: 202011155276.9
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112165244B
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發明（設計）人: 王成悅;馬蘭新;張海明;羅四平;趙藝雷
• 申請（專利權）人: 合肥同智機電控制技術有限公司
• 主分類號: H02M1/32
• 分類號: H02M1/32;H02M1/12
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 汪貴艷

本發明公開了逆變器并聯控制領域的一種主從式并聯逆變器輸出均流控制方法，由逆變器主機進行輸出電流基波和各次諧波檢測，并通過高速CAN通訊總線實時共享到逆變器從機，逆變器從機接收逆變器主機共享的輸出電流信息并合成基準電流，通過一個電流閉環PI控制使輸出電流無靜差地跟蹤基準電流，從而實現電流基波和各次諧波均流控制。本發明運算量小，計算精度高，實時性好，在輸出端突然投入大容量的非線性負載時，基波和各次諧波也可實現動態均流；控制架構簡單，不受逆變器輸出阻抗和線路阻抗差異的影響，并可以在實際應用中實現熱插拔，一臺或多臺逆變器的接入或退出，不會影響控制系統的運行。

技術領域

本發明涉及逆變器并聯控制領域，具體是一種主從式并聯逆變器輸出均流控制方法。

背景技術

各種用電設備的不斷增加導致對供電方法的容量和可靠性的要求越來越高，單臺逆變器的交流電源供電方法已不能滿足要求，需要采用逆變器的并聯技術。為了充分利用并聯系統的容量及最大化并聯系統的可靠性，需要各臺逆變器間實現均流，因此逆變器并聯需要相應的均流控制。

相對于直流電源的并聯，逆變器的并聯需要考慮輸出電壓幅值、頻率、相位和諧波等參數的一致性。目前，逆變器并聯均流控制方法包括集中控制、主從控制、分散邏輯控制和下垂控制。其中集中控制通過一個集中控制單元來給各個逆變器發送輸出電壓相位同步信號和負載電流參考值，實現逆變器輸出電流的均衡；主從控制是采用其中一臺逆變器作為主機，運行于電壓控制模式，其余的N-1臺逆變器作為從機，工作在電流控制模式，相當于一個電壓源與N-1個電流源相并聯；分散邏輯控制與下垂控制中各臺逆變器的地位是一樣的，沒有主從之分，都運行于電壓控制模式，都是通過各臺逆變器輸出的有功和無功功率控制輸出電壓基準的幅值和相位，從而實現并聯系統的均流，區別在于分散邏輯控制要借助相位同步總線和功率總線，而下垂控制不需要互聯線。

上述逆變器并聯控制方法存在的問題是：①集中控制只有一個集中控制單元，如果該控制單元出現故障，整個逆變器并聯系統將處于崩潰狀態，無法實現冗余和熱插拔，因此可靠性很低，這種控制方法已經很少使用。②主從控制的可靠性嚴重依賴于主機，一旦主機出現問題并停止工作，整個方法可能就要被迫關閉。如果在主機出現故障時，將其從方法中切出，將其中一臺從機切換為主機，其工作模式由電流源輸出轉換為電壓源輸出，就可以解決上述問題。③分散邏輯控制與下垂控制的共同缺陷是：采用功率調節方式，因此調節滯后一個基波周期，動態性能差；控制目標是參考電壓的幅值和頻率，即以犧牲逆變器幅值和頻率的精度來實現均流，這會影響輸出電壓的電能質量。

特別是當逆變器并聯系統為非線性負載供電時，如果控制方法采用分散邏輯控制或下垂控制，各臺逆變器都運行于電壓控制模式，非線性負載本身帶有的諧波會影響并聯系統頻率及電壓的調整，使其不能很好地協調控制各逆變器間的輸出功率，降低并聯系統的基波及諧波功率均分精度，尤其是當各臺并聯逆變器輸出阻抗和線路阻抗存在差異時，諧波電流均分精度更是難以保證。當并聯系統輸出端突然投入大容量的非線性負載時，如果各并聯逆變器的瞬時諧波功率差別較大，就可能會導致其中某臺逆變器的輸出電流峰值超過功率開關管的最大可耐受電流，從而引起開關管失效，嚴重威脅并聯系統運行的安全性和可靠性。

對于如何解決電壓控制模式的逆變器并聯系統輸出接非線性負載的諧波均流問題，模塊化戶用微網逆變器關鍵技術研究.孫欽斐.第四章公開了采用dq坐標系下各頻次電流的d、q直流分量均流來代替直接交流電流的均流，但是該論文中，每個逆變器均采用電壓電流雙環控制，各逆變器要針對電流基波和各個頻次的電流諧波，同時進行多個電流閉環PI調節，然后將電流環輸出后，再經過坐標變換，作為均流控制量疊加在電壓外環輸出。其缺點在于控制方法較為復雜，軟件運算量大，代碼執行時間較長，嚴重制約系統控制帶寬的提高，影響輸出電壓的波形質量；另外，該控制方法要根據實際并聯運行的逆變器臺數進行電流均值計算，一旦一臺或多臺逆變器的接入或退出，就會影響到電流均值控制，因此不能實現熱插拔。

如何實現主機輸出電流基波和諧波分量的準確提取，實時和無失真地共享給各個從機，并且降低架構難度，簡化計算量，是主從式逆變器并聯方法輸出均流控制的難點，申請人對其提出改進方案。