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摘要：對當(dāng)前采用的逆變電源并聯(lián)方案進(jìn)行了總結(jié)和分類。在此基礎(chǔ)上提出了無主可并聯(lián)控制方式，并介紹了其結(jié)構(gòu)和原理，給出了軟件和硬件設(shè)計方案。實驗結(jié)果證明此系統(tǒng)的控制穩(wěn)定可靠。
敘詞：逆變電源 無主可并聯(lián)
1 引言
隨著國內(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)荷越來越多，對交流供電質(zhì)量和交流供電的可靠性的要求也越來越高，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。
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。有對等式,并聯(lián)的各個逆變器結(jié)構(gòu)功能相同,相互間有信號的傳遞,但不存在隸屬關(guān)系。還有基于有功無功調(diào)節(jié)的無連線并聯(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。同時采用不同的控制方法形成復(fù)合控制，可以實現(xiàn)取長補短、優(yōu)勢互濟的目的，因此，復(fù)合控制是逆變器控制方法的一個發(fā)展趨勢。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)域中的一個研究熱點和發(fā)展趨勢。
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，其優(yōu)點是可靠性高;可單機使用也可組屏，配置方便;采用電子開關(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)控有三個可以錯相120度的同步信號，方便組合成三相逆變電源系統(tǒng);并且三相單獨調(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)動電路、保護電路組成，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與實際的輸出電壓Uk相比較后，其誤差信號經(jīng)PI調(diào)節(jié)器后與鋸齒波比較形成PWM信號，該信號再經(jīng)驅(qū)動電路去控制BOOST電路中的開關(guān)器件IGBT,便可使實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[3]。 
DC/DC變換電路控制結(jié)構(gòu)簡圖2
逆變器的功率處理采用全橋電路，經(jīng)過SPWM調(diào)制以后，輸出經(jīng)過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)行快速切換的時候，系統(tǒng)主監(jiān)控指揮電子切換箱的開關(guān)動作，實現(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)換模塊對輸出電壓反饋信號進(jìn)行采樣，通過數(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)無差。PI控制器的輸出乘以標(biāo)準(zhǔn)給定信號，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。
主從設(shè)置法和平均電流法都無法實現(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，動態(tài)響應(yīng)好，可以實現(xiàn)冗余技術(shù)等”, 自主均流法實質(zhì)上是在N個并聯(lián)的模塊中，輸出電流最大的模塊將自動成為主模塊，其余的模塊則成為從模塊，各個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個并聯(lián)的模塊中，事先沒有人為設(shè)定哪個模塊為主模塊，而是按輸出電流的大小隨機排序，輸出電流大的模塊自動成為主模塊。本控制系統(tǒng)采用此芯片可以直接得到均流誤差信號，簡化了控制系統(tǒng)復(fù)雜的電流計算，提高了系統(tǒng)可靠性。
UC3902集成芯片通過精確地調(diào)整變換器的輸出電壓以匹配所有的輸出電流。另外，此芯片有一個獨特的有利條件是使用了差模均載母線，這種結(jié)構(gòu)大大增強了系統(tǒng)對噪音的抑制能力。UC3902均流芯片應(yīng)用在電力電源中具有如下的特點：(1)均流精度高(2)外圍電路設(shè)計簡單，不象UC3907那樣過于復(fù)雜(3)易于做熱插拔操作。
4 軟件設(shè)計部分：
控制部分主程序主要完成開機檢測、均流計算、同步捕捉、計算調(diào)制度，輸出SPWM波、限流保護策略。
4.1 均流計算：
由無功功率公式  
可知(其中N為系統(tǒng)中并聯(lián)模塊總數(shù)，n表示第n個模塊，為功率因數(shù)，是均流差值)，減少即可減少無功環(huán)流。
無功功率電流調(diào)節(jié)可采用功率偏差控制策略，逆變器通過模塊檢測出本模塊的均流偏差值，來調(diào)節(jié)本模塊輸出的電壓值，使各個并聯(lián)逆變器模塊輸出的無功功率相等，達(dá)到均流的目的。為了使得每個并聯(lián)逆變器的電流達(dá)到均等地目的，在每個并聯(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，以減小由于單個模塊數(shù)據(jù)錯誤而對整個系統(tǒng)的沖擊。為保證實際均流的可行性和調(diào)整范圍，采用模糊控制的思想，限定均流實際輸出的電壓在一定范圍之內(nèi)(即調(diào)整后的實際輸出電壓在標(biāo)準(zhǔn)電壓內(nèi))，這樣可以保證均流的可靠性。同時單步調(diào)整的幅度不能過大，一般在1V以內(nèi)，否則會引起較大的環(huán)流波動。 
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，這是實現(xiàn)并機控制的前提。
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)計如圖4，在有外部同步信號的時候，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一段時間如果沒有外同步信號，同步信號線自動切換到自激電路，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模塊因為故障損壞不能輸出同步信號，也不影響并聯(lián)運行，從而實現(xiàn)了內(nèi)同步和外同步相結(jié)合的同步機制，這是本系統(tǒng)一大特點。逆變器用2407A 的捕獲單元，通過捕獲同步脈沖，在中斷程序中完成與市電相位、頻率的同步。
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