敘詞：逆變電源 無(wú)主可并聯(lián)

　　1　 引言

　　隨著國(guó)內(nèi)電力工業(yè)的不斷發(fā)展，發(fā)電廠、變電站在故障情況下要求不間斷電源供電的交流負(fù)荷越來(lái)越多，對(duì)交流供電質(zhì)量和交流供電的可靠性的要求也越來(lái)越高，因此如何提高逆變器的供電質(zhì)量和供電可靠性是逆變器研究的重點(diǎn)。

　　逆變電源的并聯(lián)策略有很多,有主從結(jié)構(gòu)[1] ,用電壓型逆變器作為主模塊控制系統(tǒng)電壓,電流型逆變器提供負(fù)載電流。有對(duì)等式,并聯(lián)的各個(gè)逆變器結(jié)構(gòu)功能相同,相互間有信號(hào)的傳遞,但不存在隸屬關(guān)系。還有基于有功無(wú)功調(diào)節(jié)的無(wú)連線并聯(lián)方式[2]。

　　逆變器可采用的控制方法種類繁多，每一種控制方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)。同時(shí)采用不同的控制方法形成復(fù)合控制，可以實(shí)現(xiàn)取長(zhǎng)補(bǔ)短、優(yōu)勢(shì)互濟(jì)的目的，因此，復(fù)合控制是逆變器控制方法的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。隨著控制理論和數(shù)字處理芯片的迅速發(fā)展，使各種先進(jìn)控制方法的實(shí)現(xiàn)成為可能，逆變器的數(shù)字化控制方法成了今后交流電源領(lǐng)域中的一個(gè)研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。

　　本方案采用各種控制方法相結(jié)合的復(fù)合控制，自同步和外同步結(jié)合的全新原理設(shè)計(jì)，其優(yōu)點(diǎn)是可靠性高;可單機(jī)使用也可組屏，配置方便;采用電子開(kāi)關(guān)外掛方式，方便組成UPS、EPS等其它形式的逆變電源;系統(tǒng)監(jiān)控有三個(gè)可以錯(cuò)相120度的同步信號(hào)，方便組合成三相逆變電源系統(tǒng);并且三相單獨(dú)調(diào)節(jié)，每相可帶100%不平衡負(fù)載。

　　系統(tǒng)原理框　圖1

　　3　 硬件設(shè)計(jì)部分：

　　可并聯(lián)逆變模塊硬件電路由功率處理主電路、控制驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路組成，系統(tǒng)原理框圖如圖1，DC/DC變換電路為BOOST電路，采用高頻環(huán)進(jìn)行逆變，因而無(wú)須采用工頻變壓器，使體積減小，其作用是利用DC-DC全橋高頻隔離升壓將直流220V電壓變換成PWM整流逆變電路所需要的電壓，供后級(jí)的全橋逆變使用，其控制系統(tǒng)結(jié)果如圖2所示。輸出給定電流Ug與實(shí)際的輸出電壓Uk相比較后，其誤差信號(hào)經(jīng)PI調(diào)節(jié)器后與鋸齒波比較形成PWM信號(hào)，該信號(hào)再經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路去控制BOOST電路中的開(kāi)關(guān)器件IGBT,便可使實(shí)際的輸出電壓跟蹤給定電壓。本系統(tǒng)采用PWM控制器SG3525獲得PWM控制信號(hào)[3]。

　　DC/DC變換電路控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖2

　　逆變器的功率處理采用全橋電路，經(jīng)過(guò)SPWM調(diào)制以后，輸出經(jīng)過(guò)濾波電感和電容濾波以后，直接和其它逆變器的輸出進(jìn)行并聯(lián)，當(dāng)要求和電網(wǎng)進(jìn)行快速切換的時(shí)候，系統(tǒng)主監(jiān)控指揮電子切換箱的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的旁路切換。

　　控制電路DSP TMS320F2407A完成SPWM波形的產(chǎn)生、鎖相、控制、均流以及同步信號(hào)捕捉、數(shù)據(jù)采樣等功能。使用DSP內(nèi)部的模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊對(duì)輸出電壓反饋信號(hào)進(jìn)行采樣，通過(guò)數(shù)字PI控制器完成電壓有效值外環(huán)控制，保證輸出電壓有效值穩(wěn)態(tài)無(wú)差。PI控制器的輸出乘以標(biāo)準(zhǔn)給定信號(hào)，經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換后作為控制電路模擬部分的參考輸入信號(hào)。

　　主從設(shè)置法和平均電流法都無(wú)法實(shí)現(xiàn)冗余技術(shù)，使并聯(lián)電源模塊系統(tǒng)的可靠性得不到很好的保證;而采用自主均流芯片UC3902依據(jù)特有的性能，如：“均流精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，可以實(shí)現(xiàn)冗余技術(shù)等”, 自主均流法實(shí)質(zhì)上是在N個(gè)并聯(lián)的模塊中，輸出電流最大的模塊將自動(dòng)成為主模塊，其余的模塊則成為從模塊，各個(gè)從模塊的電壓誤差依次被整定，以調(diào)節(jié)負(fù)載電流分配的不均衡。由于N個(gè)并聯(lián)的模塊中，事先沒(méi)有人為設(shè)定哪個(gè)模塊為主模塊，而是按輸出電流的大小隨機(jī)排序，輸出電流大的模塊自動(dòng)成為主模塊。本控制系統(tǒng)采用此芯片可以直接得到均流誤差信號(hào)，簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)復(fù)雜的電流計(jì)算，提高了系統(tǒng)可靠性。

　　UC3902集成芯片通過(guò)精確地調(diào)整變換器的輸出電壓以匹配所有的輸出電流。另外，此芯片有一個(gè)獨(dú)特的有利條件是使用了差模均載母線，這種結(jié)構(gòu)大大增強(qiáng)了系統(tǒng)對(duì)噪音的抑制能力。UC3902均流芯片應(yīng)用在電力電源中具有如下的特點(diǎn)：(1)均流精度高(2)外圍電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，不象UC3907那樣過(guò)于復(fù)雜(3)易于做熱插拔操作。

　　4　 軟件設(shè)計(jì)部分：

　　控制部分主程序主要完成開(kāi)機(jī)檢測(cè)、均流計(jì)算、同步捕捉、計(jì)算調(diào)制度，輸出SPWM波、限流保護(hù)策略。

　　4.1　均流計(jì)算：

　　由無(wú)功功率公式

　　可知(其中N為系統(tǒng)中并聯(lián)模塊總數(shù)，n表示第n個(gè)模塊，為功率因數(shù)，是均流差值)，減少即可減少無(wú)功環(huán)流。

　　無(wú)功功率電流調(diào)節(jié)可采用功率偏差控制策略，逆變器通過(guò)模塊檢測(cè)出本模塊的均流偏差值，來(lái)調(diào)節(jié)本模塊輸出的電壓值，使各個(gè)并聯(lián)逆變器模塊輸出的無(wú)功功率相等，達(dá)到均流的目的。為了使得每個(gè)并聯(lián)逆變器的電流達(dá)到均等地目的，在每個(gè)并聯(lián)逆變器的控制環(huán)上除了電壓控制環(huán)之外還加了一個(gè)均流環(huán)。控制框圖如下圖3所示。在均流控制中，均流差值信號(hào)由均流芯片uc3902給出，均流環(huán)采用不完全微分PID控制，以減小由于單個(gè)模塊數(shù)據(jù)錯(cuò)誤而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的沖擊。為保證實(shí)際均流的可行性和調(diào)整范圍，采用模糊控制的思想，限定均流實(shí)際輸出的電壓在一定范圍之內(nèi)(即調(diào)整后的實(shí)際輸出電壓在標(biāo)準(zhǔn)電壓內(nèi))，這樣可以保證均流的可靠性。同時(shí)單步調(diào)整的幅度不能過(guò)大，一般在1V以內(nèi)，否則會(huì)引起較大的環(huán)流波動(dòng)。

　　系統(tǒng)閉環(huán)控制圖3

　　4.2　同步控制策略

　　逆變電源系統(tǒng)中，為抑制模塊間環(huán)流的影響，必須保證各逆變模塊輸出電壓的相位、幅值及頻率的一致性，這是實(shí)現(xiàn)并機(jī)控制的前提。

　　本系統(tǒng)可并聯(lián)逆變器采用自同步和外同步結(jié)合的全新原理設(shè)計(jì)如圖4，在有外部同步信號(hào)的時(shí)候，逆變器輸出可以跟蹤電網(wǎng)同步或監(jiān)控器給定的同步;在同步控制單元檢測(cè)一段時(shí)間如果沒(méi)有外同步信號(hào)，同步信號(hào)線自動(dòng)切換到自激電路，保證監(jiān)控單元出現(xiàn)故障也能夠正常工作。這種同步控制方式即使有某個(gè)模塊因?yàn)楣收蠐p壞不能輸出同步信號(hào)，也不影響并聯(lián)運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)了內(nèi)同步和外同步相結(jié)合的同步機(jī)制，這是本系統(tǒng)一大特點(diǎn)。逆變器用2407A 的捕獲單元，通過(guò)捕獲同步脈沖，在中斷程序中完成與市電相位、頻率的同步。