三相逆變器并聯(lián)--下垂控制

背景

三相UPS一般情況下為大設(shè)備供電，提高電源輸出功率最有效的辦法就是將兩臺設(shè)備或者多臺設(shè)備并聯(lián)。多個設(shè)備的并聯(lián)就會帶來另一個問題，如何將功率平均的分配在并聯(lián)的電源上。如果是通過互連線連接各個系統(tǒng)的話，會受到比較多的干擾，一旦互連線出現(xiàn)故障，就會導致系統(tǒng)的故障。

下垂技術(shù)是通過電壓和頻率的下垂特性對逆變器的輸出的無功功率和有功功率進行控制。實現(xiàn)方法就是通過檢測測量輸出電容電壓、電感電流計算出來功率，獲取參考值。具體框圖如下

其中L、C分別為逆變器的濾波電感和濾波電容，逆變器的輸出電壓為Uoa、Uob、Uoc，輸出電流為Ioa、Iob、Ioc。下垂控制方法如下，由電壓、電流傳感器和調(diào)理電路組成的測量單元對逆變器輸出的電壓電流進行同步采樣，由下垂控制中的功率計算單元計算出逆變器輸出的有功功率和無功功率的平均值，通過 P-f和Q-V的下垂特性方程計算出電壓和頻率指令，參考電壓環(huán)節(jié)將電壓和頻率指令合成在dq軸上的電壓給定送入電壓電流 閉環(huán)控制環(huán)節(jié)，雙閉環(huán)控制環(huán)節(jié)經(jīng) PI 調(diào)節(jié)獲得SVPWM所需要的參量。

逆變器下垂控制原理

可以將兩臺逆變器等效成如下的模型

兩臺逆變器輸出阻抗與連線上的阻抗之和分別為Z1和Z2，其中Z1=R1+jX1=RZ1∠θ1，Z2=R2+jX2=RZ2∠θ2；E1和E2分別為兩臺設(shè)備空載電壓幅值以其為參考則j1、j2分別為兩臺設(shè)備輸出電壓的相角。根據(jù)以上電路可以得出設(shè)備n的輸出的電流如下圖所示

輸出功率如下圖所示

Pn和Qn分別代表設(shè)備的輸出功率，聯(lián)立以上兩個式子，可以得到下式

在實際電路中，線路阻抗可能不是純感性，但是感性應該是遠遠大于阻性，所以當作純感性對待。當Z1和Z2為純感性時，θ1=θ2=90°，可以將上式簡化為如下公式

考慮到情況，ZL是遠遠大于Z1和Z2的，所以j1、j2都比較小，可以得到以下公式

對兩邊同時微分可得以下公式

不難發(fā)現(xiàn)，逆變器輸出的有功功率與輸出空載電壓的相角有關(guān)系，而無功功率的輸出與輸出空載電壓的幅值有關(guān)系。假設(shè)逆變器空載時輸出的電壓和角頻率分別為E0和ω0，則有以下關(guān)系式

其中的kp、kq表示下垂系數(shù)。由上式可以得出，當某一設(shè)備輸出有功功率過高時，可以通過降低自身頻率來降低輸出的有功功率。當某一設(shè)備的輸出的無功功率過高時，可以通過講點輸出電壓幅值來降低輸出的無功功率。下垂特性曲線如下圖所示

Matlab function實現(xiàn)

vsd_ref1 = 110*sqrt(2) -(presentQinst-0)*1e-5; %presentQinst無功功率目標值
vsq_ref1 = 0;
wref1 = 2*pi*50 - (presentPinst - 4400)*2e-5; %presentPinst有功功率目標值

if(vsd_ref>130*sqrt(2))       %限幅
    vsd_ref = 130*sqrt(2);
elseif(vsd_ref<90*sqrt(2))
    vsd_ref = 90*sqrt(2);
end

if(wref1>50.5*2*pi)
    wref1 = 50.5*2*pi;
elseif(wref1<49.5*2*pi)
    wref1 = 49.5*2*pi;
end

ph = ph2 + Ts*wref1;    %角頻率積分得到角度
ph = rem(ph,2*pi);

注意事項

可以通過以下的公式來得到下垂因數(shù)的具體值，一般是在e-5的數(shù)量級。

Pmax 為系統(tǒng)在允許的最小頻率 fmin下輸出的最大功率， Qmax 為系統(tǒng)在電壓幅 值降低到最小允許值時的最大無功功率。 2.一般要求輸出電壓的變化值在5%內(nèi)，頻率的變化值在1%以內(nèi)。

3.在計算功率的時候，由于瞬時功率中含有高頻部分，所以要進行低通濾波，控制效果會比較好。

審核編輯：湯梓紅