電力系統(tǒng)保護(hù)與控制基于分布式控制的不同容量逆變器并聯(lián)技術(shù)研究李依，王明渝，梁慧慧，王少楊（重慶大學(xué)輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國家重點(diǎn)，輸入電壓源經(jīng)過逆變橋逆變和濾波器濾波后輸出工頻交流電，然后各模塊并聯(lián)為負(fù)載供電。為便于分析，這里忽略了LCL濾波器中電感和電容的等效電阻。

　　逆變側(cè)電流/到負(fù)載電流的傳遞函數(shù)為廣并聯(lián)系統(tǒng)的主電路拓?fù)鋯文孀兤鞯目刂瓶驁D如所示，電流內(nèi)環(huán)反饋逆變側(cè)電感電流，圖中Gm（5）為電流內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器，kp為逆變器PWM控制益，為電流反饋系數(shù)，Gv（5）為電壓調(diào)節(jié)器，kv為電壓反饋系數(shù)，Zl為負(fù)載。

　　逆變器輸出信號(hào)M，到逆變側(cè)電感電流，的傳遞函數(shù)為電流內(nèi)環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)為電流內(nèi)環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)為信號(hào)到負(fù)載電流的傳遞函數(shù)為G電壓外環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)為由于PI控制在跟蹤正弦信號(hào)時(shí)會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差，PR控制器在某一固定頻率處的益無窮大，可電流內(nèi)環(huán)采用比例控制。利用Matlab軟件畫出電流內(nèi)環(huán)的伯德圖如所示。電流內(nèi)環(huán)的截止頻率為1.4kHz相位裕度為92.1°，內(nèi)環(huán)穩(wěn)定。

　　以實(shí)現(xiàn)正弦信號(hào)的無靜差跟蹤，理想的PR控制器在實(shí)際系統(tǒng)中難以實(shí)現(xiàn)，通常采用改進(jìn)的準(zhǔn)PR控制。所以電壓外環(huán)采用串聯(lián)的PI和準(zhǔn)PR調(diào)節(jié)器。即6（5）=6（5）‘（5）。

　　其中PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為1準(zhǔn)PR調(diào)節(jié)器的參數(shù)按照介紹的方式設(shè)計(jì)，其傳遞函數(shù)為電壓外環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)的伯德圖如所示。

　　電壓外環(huán)的截止頻率為516Hz，相位裕度為61°，夕卜環(huán)穩(wěn)定。

　　2并聯(lián)系統(tǒng)控制方式2.1并聯(lián)系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)冗余控制，則各模塊間的相互影響要盡可能的少。由所示的并聯(lián)系統(tǒng)的控制框圖可見，系統(tǒng)模塊間僅有一個(gè)電壓信號(hào)總線作為信息互通線，相對(duì)于傳統(tǒng)的分布式控制，本方案減少了均流信號(hào)總線。

　　相對(duì)于單逆變器，并聯(lián)系統(tǒng)添加了一個(gè)電流外環(huán)反饋控制，即負(fù)載總電流通過一個(gè)功率分配單元，輸出各模塊供電電流的值，該值與該模塊的輸出電流4n（這里及后文中的指第個(gè)逆變模塊）之間的誤差經(jīng)電流外環(huán)調(diào)節(jié)器G（5）調(diào)節(jié)后與經(jīng)Gv（5）調(diào)解后的電壓外環(huán)的誤差相加，再經(jīng)過一個(gè)串聯(lián)調(diào)節(jié)器GOT（5）調(diào)解后作為電流內(nèi)環(huán)的值。

　　與電壓外環(huán)類似，為了提高電流外環(huán)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度、減小其穩(wěn)態(tài)誤差，電流外環(huán)同樣采用PI和準(zhǔn)PR調(diào)節(jié)器串聯(lián)控制。電流外環(huán)和電壓外環(huán)不同的開環(huán)益可通過設(shè)置不同的PI調(diào)節(jié)器參數(shù)來實(shí)現(xiàn)，而為了減少控制器的個(gè)數(shù)，兩環(huán)的準(zhǔn)PR控制器的參數(shù)設(shè)為一致，將單臺(tái)逆變器電壓外環(huán)調(diào)節(jié)器分解為兩部分，一部分為PI調(diào)節(jié)器，作為并聯(lián)系統(tǒng)電壓外環(huán)Gvn（5）的調(diào)節(jié)器；另一部分的準(zhǔn)PR調(diào)節(jié)器作為兩個(gè)外環(huán)的共同調(diào)節(jié)器Gm（5）調(diào)解系統(tǒng)。即統(tǒng)作等效變換，對(duì)系統(tǒng)并不造成影響。

　　將電壓置零，由并聯(lián)控制框圖可得第個(gè)模塊的電流外環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)為一電流外環(huán)采用PI調(diào)解器調(diào)解，其傳遞函數(shù)為G畫出其伯德圖如所示。可知電流外環(huán)的截止頻率為550Hz，相位裕度為76.4°，電流外環(huán)穩(wěn)定。

　　2.2功率分配單元功率分配單元的主要任務(wù)是根據(jù)負(fù)載電流的大小，確定系統(tǒng)需要的并聯(lián)模塊數(shù)并發(fā)送各模塊的投切信號(hào)幻和電流給定信號(hào)/必、43s，如所示。由于各模塊的電流給定信號(hào)為負(fù)載電流乘以一個(gè)比例系數(shù)，所以其輸出電流相位完全一致；另外各模塊共用一個(gè)電壓信號(hào)，所以其輸出的電壓信號(hào)也完全同幅同相；各模塊的參數(shù)設(shè)置完全一致，即信號(hào)在傳輸過程中的相位差和幅值差也相等；即可實(shí)現(xiàn)在不外加環(huán)流控制器的情況下消除了系統(tǒng)環(huán)流。

　　3仿真驗(yàn)證系統(tǒng)仿真環(huán)境基于MatlabSimulink，系統(tǒng)中三個(gè)并聯(lián)模塊的參數(shù)設(shè)置完全相同，為i1=6mH，i2=1.5mH，C=10pF，先=0.2，Av=0.1，開關(guān)頻率設(shè)定為/s=10kHz.并設(shè)定系統(tǒng)的輸出電壓為220V正弦交流電，模塊1的額定電流為20A，模塊2的額定電流為15A，模塊3的額定電流為10A.所示的系統(tǒng)仿真設(shè)定為線性負(fù)載分別在0.15s、0.25s時(shí)跳變大，負(fù)載電流在各階段的穩(wěn)定電流依次為13.5A、27A、41.5A，0.15s前，模塊1單獨(dú)為負(fù)載供電，承擔(dān)全部負(fù)載電流13.5A；0.15s后模塊2投入工作，此時(shí)模塊1和模塊2按容量比例分別分擔(dān)15.43A和11.57A的負(fù)載電流；0.25s后模塊3投入工作，此時(shí)三個(gè)模塊按容量比例分別分擔(dān)18.44A、13.83A和9.23A的負(fù)載電流。由于流過電感的電流不會(huì)突變，且負(fù)載電流檢測(cè)采用有效值方式，存在延時(shí)，所以負(fù)載跳變后需并入的模塊存在延時(shí)。（a）為系統(tǒng)的輸出電壓、負(fù)載電流和系統(tǒng)總環(huán)流（這里的總環(huán)流定義為負(fù)載總電流減去個(gè)模塊輸出電流的總和）波形圖，（b）為系統(tǒng)各模塊的輸出電流波形。表示負(fù)載電流按41.5A、27A、13.5A依次減小的系統(tǒng)響應(yīng)圖，模塊3、模塊2在負(fù)載跳變后依次退出運(yùn)行，同樣系統(tǒng)存在延時(shí)。

　　0所示為系統(tǒng)帶非線性負(fù)載且負(fù)載突時(shí)的輸出響應(yīng)，0.15s前系統(tǒng)只有模塊1工作，0.15s100時(shí)負(fù)載突，模塊2開始工作，0.25s后模塊3開始工作。由圖可見，系統(tǒng)帶非線性負(fù)載的輸出電壓雖有畸變（HD=7.8%），但不至于影響系統(tǒng)的運(yùn)行。

　　由此可見，該方案實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)根據(jù)負(fù)載的變化自動(dòng)選擇并聯(lián)模塊數(shù)，即實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的冗余控制；各模塊也嚴(yán)格按照自身容量分擔(dān)負(fù)載電流，實(shí)現(xiàn)了負(fù)載電流的精確分配；系統(tǒng)總環(huán)流小到可以忽略不計(jì)，實(shí)現(xiàn)了環(huán)流抑制。在負(fù)載跳變的過程中，系統(tǒng)的輸出電壓有一個(gè)短時(shí)間的小波動(dòng)，不影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。且系統(tǒng)能滿足線性負(fù)載與非線性負(fù)載的運(yùn)行，具有普遍適用性。

　　4結(jié)論本文針對(duì)不同容量電壓源逆變器并聯(lián)時(shí)所存在的冗余性不好、負(fù)載電流分配效果不理想以及系統(tǒng)環(huán)流抑制難度較大等問題，提出了一種新的并聯(lián)控制方案，解決了上述問題，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果驗(yàn)證了方案的正確性。