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基于DSP的无主从双模块单相逆变器并联控制技术.pdf

基于DSP的无主从双模块单相逆变器并联控制技术

kevin
2012-03-22 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《基于DSP的无主从双模块单相逆变器并联控制技术pdf》,可适用于高等教育领域

第��卷第�期面����年�月电力自动化谈备��������������������������������������������������基于���的无主从双模块单相逆变器并联控制技术马学军‘,张志刚’,李伟����黄石理工学院计算机学院,湖北黄石���������河南职业技术学院机械电子系,河南郑州�������摘要�分析了不同并联控制技术的特点和采用无主从并联方式的优点,在模型分析的基础上得到了逆变器无功功率与电压幅值、有功功率与电压相位之间的关系,提出了一种基于数字信号处理器��!�的无主从双模块逆变器并联控制方案。通过系统结构框图和双模块并联控制框图阐述了无主从并联模式的实现过程。通过分析电压、电流的相位关系提出了有功和无功的计算方法。给出了锁相环的控制框图,实现了双模块并联时时相位的高精度要求。基于上述原理研制了样机,实现了�台���·�逆变器的并联均流控制,两逆变模块输出电压相位误差小于�。,在额定容量时两逆变模块之间的环流很小,不大于��,实验结果验证了所提出方法的可行性。关键词�逆变器并联�无主从双模块�功率均分�数字信号处理器中图分类号������文献标识码��文章编号�����一������������一����一���引言多逆变模块并联方式的逆变电源系统,可以满足不同的负载功率需求,有冗余备份功能,可靠性高,易于扩展,维修方便,是目前大功率、高性能逆变器的一个发展趋势。目前,实现逆变器并联的控制方法很多如�集中控制方式、主从控制方式、分散逻辑控制技术、无互联独立控制方式等,一�〕。在分析和借鉴上述并联控制方案利弊的基础上,在实践中摸索和采用了一种基于数字信号处理器�����的无主从的并联控制方案。与其他并联方式相比,无主从模块的并联方式有以下优点���各逆变模块只需检测自己的输出电压、电流,以及负载母线上电压的相位和频率,就可以实现各模块的输出电压同步和功率均分控制���各模块完全等价,没有主从之分,模块之间相对独立,既可并联运行,也可单模块独立工作���构成并联系统时不用附加额外的控制模块,通过模块间的少量信号线����总线�实现各模块之间的参数传递,以及与监控模块通信。�功率均分与有功、无功控制原理图�是�个逆变模块并联向同一负载供电的电路模型〔�口。其中,�,艺甲,、��匕仰和�,、��分别为�个逆变模块的输出电压和电流,�为负载���匕��为负载电压,其中��为负载电压有效值���为线路阻抗。可设��号逆变模块供给负载的复功率为��������,��,�����输出电流为��一�������沪」�����仰�一��〕�������故�,一�,仁�,����甲�����仰�一��〕��������由此可得出输出有功功率尸和无功功率�分别为�,����,���甲,���,���,�����价,一�是������由于一般逆变模块输出电压��匕甲,和负载电压间的相位差甲,很小,即���甲,七甲,,且令以二�,��,则�,���,���,、一���灵��尸,一�,研甲,�����令��二����,则�号逆变模块的输出功率为���������犷�一���灵��尸�����歌甲�����乙�,����队乙。“��儿肠乙叭由式���和式���可以看出,单逆变模块的输出有功功率主要取决于功率角甲,和甲�,而输出无功功率则主要取决于输出电压幅值���,���,因此可以采用有功调相、无功调幅的方法实现有功和无功的调节,只要保证各逆变模块的无功功率和有功功率一致,就可以实现并联控制。图��台逆变器并联等效电路图���������������������������������������������收稿日期�����一��一���修回日期�����一��一���控制实现方案���系统结构框图系统结构框图如图�所示。采用�������������作为并联系统的核心控制单元,利用其中的���总线单元实现各逆变第�期马学军,等�基于���的无主从双模块单相逆变器并联控制技术�、、尹、、�了叮才八汽�召、了护‘、,,同步控制电路路滤滤波波波并机机电电路路路电感感电电压、电流流流流流流采采样电路路路负载载电电压、电流流流流流流采采样电路路滤滤波波波并机机电电路路路电感感���同步控制电路路直母负载母线���有功与无功检测设单相逆变电源的瞬时电压为����������瞬时电流为��������田�一华�其相位关系如图�所示。图�系统结构框图���������������������������������模块之间的通信和与监控模块的通信,而无均流互联线。同步信号产生电路产生与负载母线上电压同频率、同相位的方波同步信号。电压和电流采样电路用于��对逆变模块输出的电压和电流进行瞬时采样,实现恒压控制和保护。���逆变并联控制框图及实现功率均分控制双逆变模块并联控制系统框图如图�所示。���、、二一一一���士。当当当逆父父器器器器器器器器���尸尸���计计算算一一、、�一一���士八廿廿廿诬父父器器器器器器器器���一一����一一计算算图�逆变并联控制框图������������������������������������对逆变模块的输出电压和电流进行瞬时采样,并计算出本模块的电压和电流有效值、有功功率和无功功率,且通过���总线,发送出本模块的电压、电流、有功功率、无功功率、频率等参数�同时获得其他模块的相应参数〔�一,‘口。这样可以方便地计算出所有并联逆变模块的有功功率均值和无功功率均值。本模块的有功功率与并联模块的有功功率均值的误差信号经过��控制,��调节器的输出与基准频率介相加,用以调整本模块的频率,也就调整了本模块电压相位。据此,实现所有并联逆变模块输出的有功功率相等。本模块的无功功率与所有并联逆变模块的无功功率的平均值的误差信号,也经过��环节,并与基准电压��相加,确定本模块的电压幅值,从而实现所有并联逆变模块输出的无功功率相等。其中,当�个��控制器的输出为�时,则完全由基准频率��和基准电压UR确定本模块的输出频率和电压幅值。本系统中,介一Hz,uR=ov。图单相电压、电流相位关系圈FigPhaserelationbetweensinglephasevoltageandeurrent因此,无功功率可表示为Q=UmImsin沪()并联运行时,各逆变电源输出电压是强制一致的,Imsin华直接反映了各机所承担的无功功率信息。为获得Imsin甲,可用如下方法:在图中相电压u的T一T内,对相电流i积分,令k二叻可得:l准,n、in(。,一*)、,一、,m。*(。)J冠式()直接反映了无功分量。在相电压“的O~T内,对相电流i积分,可得:{:、,msi·(工一*)、一*,m一*()由式()()可解出无功分量和有功分量。并机及同步锁相控制ls〕并联控制中,任一逆变模块开机时,DSP的捕获单元捕获由同步信号产生电路输人同步信号。有同步信号时,说明有其他模块已开机且负载母线有电压,DSP对同步信号进行锁相,当锁相稳定且误差很小时,闭合输出继电器无同步信号时,则直接闭合输出继电器,输出电压频率为H:。锁相环阁控制框图如图所示,其中甲,为逆变模块输出电压的相位,沪为负载母线上电压相位。几为基准周期,即当PI控制器KlKZs输出为。时的逆变模块输出电压周期,本系统中瓜一ms。当锁相稳定时,可以实现沪一甲。即逆变模块输出电压相位可以完全跟踪负载母线电压的相位。望每耳裤干监酬酬习书图逆变器锁相环控制框图FigBloekdiagramofinverterPIJI实验结果为验证上述理论分析,设计了台样机,每台逆变器的容量为kV·A,开关频率为kHz,输出额定电压为VH:。I一滤波电路参数:L一mH,c一拜F。实现了台逆变器的并联,图为阻性负载时的实验结果,台逆变器输出电流分别为电力自动化议备第卷ZA、A。其中,图(a)为负载母线电压波形,图(b)为台逆变器输出的电压波形,由安捷伦双通道数字示波器测得。‘OHzIU二。V,URMs:V百OHzUI一U,MsZ:V(a)负载母线电压波形(b)逆变器l和输出电压波形图主要试验结果FigExPerimentalwaveforms只要CAN总线通信能力能满足系统要求,利用上述原理和方法,逆变器并联数量是没有限制的,而且很容易的实现(NX)冗余热插拔并联系统。结论本文提出和采用的无主从独立的逆变器并联控制方案,实现了台变模块的并联控制。实验结果表明各并联逆变模块的输出电压达到很好同步效果,模块间的均流和有功功率、无功功率的均分和环流得到有效控制。在检测电路具有良好的线性度及并联逆变模块的硬件性能基本一致的情况下,各逆变模块输出电压相位误差不超过。,在额定容量时两逆变器的环流不大于ZA。参考文献:〔」林新春,段善旭,康勇,等基于下垂特性控制的无互连线并联UPS建模与稳定性分析仁J中国电机工程学报,,():一IINXinehunDUANShanxu,KANGYOng,etalModeli嗯andstabilityan乏lysisforl)aralleloperationofUPSwithnocontrolintereonneer一onbasingondr以】I,eharaeteristi。J〕P代犯氏庙飞soft抽咙EE,一():一口入xiaoI以YohuXU块刃咭从欢!吨,姗州s,田记i卿len祀ntatlonofparallelnl一赴lr蓝一inverrersystemswithinsrantaeousavera罗一eurrent一sharingsc比二仁J」‘IEEETrallsonP(〕忱r曰ectroru。,(X),():一〕LEEes,KIMs,KIM(’B,eta泣Anovelinstantaneouseurrent,haringcontro】for娜ral!。connoctedUPS厂C〕IEEEINTEIEC吻nfSanFraneisco,USA:IEEE,:〕TUIAI)HARA,JINHUNGERT,etaLParallel卿rationof呢lephaseinvertermoduloswithnoeontrolintereonneetionsC〕IEEEAPECt’OnfTorontoCanada:IEEE:一〕K(X)TGBYUNYB,J()EKye:alw:reles,paralleloperationcon,rol。f。rwomodul。UPS斗stemfo:四uivalentloadshari眼fC〕IEEEIEt’()NC、。nfReeTOk卯,JaPan:IEEE,:一司陈坚电力电子学「M口北京:高等教育出版社·」蔡昆李耀华,胜晓松等高性能单相电压源逆变器的愉出控制仁J〕电工技术学报,(z):一CAIKun,Yaohua,SHEN(二XiaosongetaL(沁tpurcontrolofthehighp‘lrformaneestngl。一phasevoltage、ureeinvertersJ〕TransaetionsofCllinaEleetroteehn一eal阮eietyZO,(l):一〔〕JENSENUB,BIAABJERGFAnewcontrolmethodfo:Hzgroundpo*runizsforairplanes〔J口IEEETransonlndust砂Appliearions,,(l):一〔」许爱国谢少军电容电流瞬时值反馈控制逆变器的数字控制技术研究J丑中国电机工程学报(l):一XUAiguo,XIEShaoju几Studyondigitalcontrolteehniqueforinverters。thinstantaneouscapaeitor一eurrentfeedbaekJ〕Proeeedings。ftheCSEE,(l):一A班〕El一RAHIMNMQUAI以)EJEAnalysi、andde、ignofamult:plefeedbaekloopeontrolstrategyforsingle一pha粉volrage一阳ureeUPSinverters「J〕IEEETransonPowerEleetronies,():一〕KAWABATATHIGASHIN()Parallelo伴ratlonofvolt呀e一soureeinvertersJ〕IEEETranson侧ust叮A即licar~():一〕认飞〕Tsa,fu,CHENYukaiC、rrategyforinvertorsin哪ralleloperationachievinganequal。urrentdi、tr:bution〔J」IEEETransonIndustrialAPPlieationsEleetron一es():一〕CHENJ:annfuh,CHUChinglungCombinationvoltage一controlledandeurrent一。on:rolledl〕wMinvertersforUPSparalleloPeration〔J」IEEETransonPowerEleerronies,():一「」邢岩,严仰光电流型调节逆变器的冗余并联控制方法「Jj中国电机工程学报,():一XINGYan·YANYan韶uangControlforeur卿tregulatedinverte”inredundantparalleloperaionJ」proeeedingsoftheCSEE,,():一马学军一种新的基于)SP的高精度LJPS锁相技术〔J〕电工电能新技术,():一MAXueJ叽A~hishprec*p恤se~】仪k,tlxxlfor又万Sha,妇ml泛护J口NovelTeCll】刃雌以in日二trieityand日ect二en〕俄r的():一(斑任编辑:柏英武)作者简介:马学军(一),男,湖北大冶人,副教授,博士,研究方向为电力电子与电力传动(E一耐l:hsmxJto队com)。ParalleleontroltechnoIgyofsingle一PhaseinverterwithdualequitymedulesbasedonDSPMAXuejun,,ZHANGZhigang‘,IJIWeiZ(DepartmentofComputer,HuangshiInstitueofTeehnology,Huangshi,ChinaDePartmentofMaehineandEleetrieity,HenanPolyteehnie,Zhengzhou,China)Abstract:Comparedwithdifferentparalleleontrolteehnologies,theadvantagesoftheparallelequityeontrolmethodareanalyzedTherelationsofreaetivepowerwithvoltageamplitude,aetivepowerandvoltagephasearesummarizedbasedonmodelanalysisAparalleleontrolsehemeofinverterwithdual四uitymodulesbasedonDSPintrodueedItsimPlementationpresentedwiththebloekdiagramsofthesystemstruetureandtheparalleleontrolTheealeulationmethodofreaetivepowerandaetivepowerproposedbasedontheanalysisofthephaserelationbetweenvoltageandeurrentItsrequirementforhighpreeisephasemetbydigitalphaseloeked一loopTheprototypedevelopedtorealizetheeurrentsharingeontroloftwoparallelkVAinvertersTheoutputvoltagephaseerrorbetweentwoinvertermodulesislessthanl’,andtheloopeurrentlessthanAatratedeapaeityExperimentalresultsshowtheproposedmethodfeasibloKeywo川s:inverterparalleleonneetiondualequitymoduleseurrentsharingDSP

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