DC AC 50HZ电流源031020233

1、 编号 南京航空航天大学电气工程综合设计报告题目DC AC 50HZ电流源设计学生姓名班级学号成绩吴亚奇0310202031020233学 院 自动化学院专 业电气工程及其自动化指导老师龚春英 教授二一四年一月十二日 电气工程综合设计(论文)报告纸DC AC 50HZ电流源设计摘 要本课题研究对象是航空二次电源DC/AC 50HZ电流源。本课题要设计的研究内容为电流源逆变器的拓扑与控制策略。首先研究逆变器的电路工作原理，对于低压大电流电流源型逆变器的并联控制策略有一定的了解，先对单台逆变器进行调试，每台正常工作后再进行多台并联的工作。最后通过仿真和实验验证控制策略的有效性。由于电源系统应用领域

2、的日益推广和扩大，对供电系统的要求也越来越高，大功率容量、高可靠性、模块化等逐渐成为各领域对供电系统性能的新要求，传统的集中式供电方式已经不能满足这些要求。集中式供电方式的扩容采用的是扩大单台变换器的功率，这种方式由于其造价高、体积重量大、可靠性差，单点故障就会使整个系统瘫痪等原因使得单模块大功率系统越来越不实用。分布式供电方式中的多模块并联实现大容量供电电源被公认为当今电源变换技术发展的重要方向之一。多个电源模块并联实现扩容可大大提高系统的灵活性，使电源系统的体积重量大为降低，各个模块处于均流运行时，其主开关器件的电流应力也可大大减少，从根本上提高可靠性、降低成本。由于系统可由标准的模块组合

3、而成，因而电源产品的种类也可减少，便于规范化，这样一方面可降低不同容量电源的设计成本和重复投资，另一方面还可减少生产和维护费用。由于该逆变器的输出是低压大电流，所以逆变器部分采用多模块并联结构。要求学生态度认真、工作踏实，对电力电子变换有比较扎实的理论基础，有一定的模电、数电基础。通过阅读现有文献，了解逆变器的工作原理，并对其控制方法及主电路和控制电路参数设计有一定的掌握。对电力电子专业仿真软件Saber以及Matlab有一定的使用基础，可用其进行基本电路的仿真。我航空电源重点实验室对航空电源系统有较厚的理论和实践基础，并成功设计很多相关项目，拥有各种实验调试设备，课题组所在航空电源航空科技重

4、点实验室，不仅具有齐全的通用仪器设备和多种EDA软件(如Saber、Matlab等)，而且具有开展该类课题研究所需的专用设备。 可为课题的研究提供便利条件。对于DC/AC变换技术有相关研究，并成功设计相关产品。可为本课题的研究提供相关理论、实验指导，确保课题顺利完成。目录摘 要- 1 -第一章 概述- 4 -1.1课题背景- 4 -1.2 逆变器基本知识- 4 -1.3逆变技术的发展- 2 -1.4逆变控制技术- 3 -1.5逆变器并联技术的现状和发展- 5 -第二章 逆变器的工作原理及输出控制- 7 -2.1逆变器的设计方法- 7 -2.2输出滤波器- 10 -2.3逆变器输出控制- 12

5、-2.3.1双极性SPWM控制- 12 -2.3.2单极性SPWM控制- 14 -2.3.3单极性倍频SPWM控制- 17 -第三章 逆变器的并联- 19 -3.1逆变器并联的意义- 19 -3.2逆变电源的现状与发展趋势- 19 -3.3逆变器并联的基本原理- 20 -第四章 电路及参数设计- 24 -4.1仿真电路及参数设计- 24 -第五章总结与展望- 28 -5.1 总结本文主要完成的工作- 28 -5.2展望进一步的工作- 28 - 29 - 第一章 概述1.1课题背景随着各行各业控制技术的发展和对操作性能要求的提高，许多行业的用电设备都不是直接使用通用交流电网提供的交流电作为电源，

6、而是通过各种形式对其进行变换，从而得到各自所需的电能形式。它们的幅值、频率、稳定度及变化方式因用电设备的不同而不尽相同，如通信电源、电弧焊电源、电动机变领调速器、加热电源、化工电源、汽车电源、绿色照明电源、不间断电源、医用电源、充电器等等，它们所使用的电能都是通过整流和逆变组合电路对原始电能进行变换后得到的。1.2 逆变器基本知识通常，把交流电变成直流电的过程叫做整流，完成整流功能的电路叫做整流电路。与之相对应，把将直流电变成交流电的过程叫做逆变，完成逆变功能的电路则称为逆变电路，而实现逆变过程的装置叫做逆变设备或逆变器。现代逆变技术就是研究现代逆变电路的理论和应用设计方法的一门科学。这门学科

7、是建立在工业电子技术、半导体器件技术、现代控制技术、现代电力电子技术、半导体交流技术、脉宽调制(PWM)技术、磁性材料等学科基础之上的一门实用技术。现代逆变技术主要包括三部分内容：半导体功率集成器件及应用、功率变换电路和逆变控制技术。现代逆变技术的种类很多，可以按照不同的形式进行分类。其主要的分类方式如下：1)按逆变器输出交流的频率，可以分为工频逆变、中频逆变和高频逆变。工频逆变一船指50Hz到60Hz的逆变器；中频逆变的频率一般为400Hz到十几KHz，高频逆变器的频率则一般为十几KHz到MHz。这里需要说明的是，在现代高频开关电源领域，500 KHz以上才算是高频，但是在逆变领域，有时功率

8、比较大，20kHz的超音频算做高额。2)按逆变器输出的相数，可分为单相逆变、三相逆变和多相逆变。3)按逆变器输出能量的去向，可分为有源逆变和无源逆变。4)按逆变主电路的形式，可分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式逆变。5)按逆变主开关器件的类型，可分为晶闸管逆变、晶体管逆变、场效应管逆变、IGBT逆变，等等。6)按输出稳定的参量，可分为电压型逆变和电流型逆变。7)按输出电压或电流的波形，可分为正弦波输出逆变和非正弦波输出逆变。8)按控制方式，可分为调频式(PFM)逆变和调脉宽式(PWM)逆变。9)按逆变开关电路的工作方式，可分为谐振式逆变、定频硬开关式逆变和定频软开关式逆变。1.3逆变技术的发展

9、 所谓逆变器，是指整流器的逆向变换装置。其作用是通过半导体功率开关器件(例如SCR, GTO, GTR, IGBT和功率MOSFET模块等)的开通和关断作用，把直流电能变换成交流电能，是一种电能变换装置。正弦波逆变器的主要用途是用于交流传动，静止变频和UPS电源。常用逆变器主电路的基本形式有两种分类方法：1、按照相数分类，可以分为单相和三相；2、按照直流侧波形和交流侧波形分类，可以分为电压型逆变器和电流型逆变器。逆变器的原理早在1931年就在文献中提到过。1956年，第一只晶体管问世，标志着电力电子学的诞生，并开始进入传统发展阶段。1960年以后，人们注意到改善逆变器波形的重要性，并开始进行研

10、究。1962年，A. Kernick提出了“谐波中和消除法”，即常用的“多重叠加法”，这标志着正弦波逆变器的诞生。1963年，F. G. Turnbul 1提出了“消除特定谐波法”，为后来的优化PWM法奠定了基础，以实现特定的优化目标，如谐波最小，效率最优，转矩脉动最小等。1964年，由人.Schonung和H. Stemmler提出的把通信系统调制技术应用到逆变技术中的正弦波脉宽调制技(Sinusoids-PWM，简称SPWM)，由于当时开关器件的速度慢而未能推广，直到1975年才由Bristol大学的S. R. Bowes等把SPWM技术正式应用到逆变技术中，使逆变器的性能大大提高，并得到

11、了广泛的应用和发展，也使正弦波逆变技术达到了一个新高度。此后，各种不同的PWM技术相继出现，例如：注入三次谐波的PWM、空间矢量调制、随机PWM、电流滞环PWM等，成为高速器件逆变器的主导控制方式。至此，正弦波逆变技术的发展己经基本完善。在PWM逆变器中，输出变压器和交流滤波电感的体积重量占主要部分。为了减小输出变压器和交流滤波器的体积重量，提高逆变器的功率密度，高频化是主要发展方向之一。但逆变器的高频化也存在一些问题，如开关损耗增加，电磁干扰增大等。为了解决这些问题，最有效的方法有两个，一是提高开关器件的速度，二是用谐振或准谐振的方式使逆变开关工作在软开关状态。软开关逆变技术研究的最终目的是

12、实现PWM软开关技术，也就是将软开关技术引入到PWM逆变器中，使它既能保持原来的优点，又能实现软开关工作。为此，必须把LC与开关器件组成一个谐振网络，使PWM逆变器只有在开关转换过程中才产生谐振，实现软开关转换，平时则不产生谐振，以保持PWM逆变器的特点。PWM软开关技术是当今电力电子学领域最活跃的研究内容之一，是实现电力电子技术高频化的最佳途径，也是一项理论性最强的研究工作。它的研究对于逆变器性能的提高和进一步推广应用，以及对电力电子技术的发展都有十分重要的意义，是当前逆变器的发展方向之一。1.4逆变控制技术传统的电力电子变流装置多采用PID模拟控制，其主要的缺点是温漂大，调整不方便，难以实

13、现复杂的算法。现在已引入16位和32位微机或专用的数字集成电路，使控制的精度大大提高。自适应控制、多变量控制和分布控制是变流系统控制发展的方向，其优点是可将多种控制功能集成在一个系统中或者把系统简化。智能控制和模糊控制也是变流装置控制的发展趋势正弦波输出的方式使逆变器实现波形正弦化的技术有两个：一个是采用阶梯波来逼近正弦波的脉冲幅值调制法(脉幅调制Pulse-Amplitude Modulation，简称PAM )；另一种是采用等幅脉冲序列逼近正弦波的脉冲宽度调制法(脉宽调制Pulse-WidthModulation，简称PWM) .1.叠加法多重叠加法对于低速开关器件如SCR, GTO等是非

14、常适合的。多重叠加法的基本原理是，把两个以上完全相同的方波，按一定的相位差叠加起来，使它们的低次谐波相位差180度而相互抵消，以得到谐波含量较少的准正弦阶梯波多重叠加法又分为等幅叠加和变幅叠加，从改善输出量波形的角度看，后者比前者效果好。电压型逆变器与电流型逆变器所使用的多重叠加法是不同的，前者多用串联叠加，后者多用并联叠加。2、脉宽调制法逆变器的脉宽调制技术PWM是用一种参考波(通常是正弦波，有时也用梯形波或方波等)为“调制波”(modulating wave)，而以N倍于调制波频率的正三角波(有时也用锯齿波)为“载波”(carrier wave)。由于正三角波或锯齿波的上下宽度是线性变化的

15、波形，因此它与调制波相交时，就可以得到一组幅值相等，而宽度正比于调制波函数值的矩形脉冲序列用来等效调制波。用开关量取代模拟量，并通过对逆变器开关管的通断控制，把直流电变成交流电。当调制波为正弦波时，输出矩形脉冲序列的脉冲宽度按正弦函数规律变化，这种技术就是正弦脉宽调制(Sinusoida PWM)技术。PWM与PAM多重叠加法的不同点是要通过载波与调制波的比较进行调制，因此根据载波与调制波角频率的关系不同，分为同步PWM调制和异步PWM调制。同步PWM调制是使载波角频率(决定开关工作频率)和调制波角频载波脉冲数是定植(即载波比恒定)；异步PWM调制是使载波角频率和调制波角频率不同步的调制法。调

16、制波半个周期内所包含的载波脉冲数不是定植(即载波比不恒定)。一般说来载波角频率是保持恒定的，但有时也根据工作情况而变化。3、消除特定谐波的同步式PWM逆变器在电压波形特定的位置上设置“缺口”，通过每半个波形中逆变器的多次换向恰当地控制逆变器的脉宽调制电压波形，通过脉宽平均法把逆变器的输出方波电压转换成等效的正弦波以消除某些特定谐波，每设置一个“缺口”就可以消除一种谐波，一般每半个周期中的“缺口”数是偶数的情况较多。4、优化同步式PWM技术该技术基本原理是根据某一特定的优化目标(评价函数为最小)，在离线状态下计算出在所有工作频率范围内的开关模式(开关角位置)，使得某个评价函数为最小(优化目标最佳

17、)，然后把这个结果存储起来，通过查表或其他方式输出，形成优化PWM波形。另外还有跟踪型两态调制逆变器、电流型PWM逆变器和软开关逆变器1.5逆变器并联技术的现状和发展当今供电系统的要求趋势一个是高可靠性，一个是大功率化，这两者都与逆变电源的并联(逆变电源之间或与公共电网之间)运行控制密切相关。逆变电源的并联运行主要有以下三个好处：第一、可以用来灵活的扩大逆变电源系统的容量；第二、可以组成并联冗余系统以提高运行的可靠性；第三、具有极高的系统可维修性能，在单逆变器出现故障时，可以很方便的进行热插拔更换或维修。然而逆变电源的并联不同于直流电源的并联，逆变电源输出的是时变的、交变的正弦波，并联时需要同

18、时控制输出正弦波的幅值和相角，即同频率、同相位、同幅值。在并联的逆变电源系统中，如果逆变电源单元的频率、幅值完全相同，但存在一定的相位差，这样在逆变电源单元之间会有较大的环流，主要为有功环流，这时，其中的部分逆变电源单元工作在整流状态；如果逆变电源单元的频率和相位一致，而幅值有差异，这时的环流表现为：部分逆变电源单元吸收无功功率，其他部分逆变电源单元输出无功功率。另外，即使各个逆变电源单元的输出为同频率、同相位、同幅值的正弦波，但各自输出正弦波的谐波含量有着较大差异，这时，各个逆变电源单元之间存在谐波环流。因此，交流逆变电源的并联控制比直流电源要复杂的多，由于上述原因使得对于逆变器并联系统的运

19、行控制和设计仍具有相当大的难度。目前，世界上许多发达国家，如日本、美国、荷兰和法国等等的逆变器公司在逆变电源的并联控制技术方面作了大量的工作。国外品脾的逆变电源并联系统的在并联控制技术方面主要有下面一些特点：1)采用高频链结构技术为完成逆变器的并联、提高逆变器的性能和减少逆变器模块的体积，大多采用高频链结构技术，逆变器内减少了工频变压器，装置的体积重量大为减轻，同时也节约了成本，减少了装置复杂性。2)采用新型的逆变电源控制技术以往对逆变器模块的研究侧重于采用新型功率器件实现高频开关和SPWM控制，减少滤波器尺寸，通过滤波器的优化设计，实现其输出低阻抗，从而达到抑制输出波形失真和改善负载适应性的

20、目的。在新型功率开关器件技术逐渐成熟之后，为了进一步提高逆变器的动态和静态特性，相应提出了许多新的控制方法，如瞬时电压控制基础上的电流前馈控制、滞环电流控制、无差拍控制等等，这些新型控制方法在很大程度上提高了逆变器的各项性能指标。3)采用数字化控制技术为了提高系统的控制性能和完成并联控制的复杂算法，逆变电源的控制最好多采用数字化控制方案，如应用单片机或数字信号处理器DSP完成系统的检测、运算和控制。先进的控制技术对改进变流电路的效率和性能是必不可少的关键技术，以往主要应用模拟控制技术，模拟控制中参数随温度变化而产生较大的飘移，致使不断的需要人为调节控制参数。与此不同的是，数字控制却又许多的优点

21、，硬件电路标准化，成本低，可靠性高；控制软件灵活，更改容易；提高了信息存储、监控、诊断以及分级控制的能力；微处理器芯片运算速度和存储容量的不断提高，性能优异的算法而复杂的控制策略有了实现的可能，如美国德克萨斯州仪器公司(TI)研制的数字信号处理器(DSP) TMS320系列产pCl具有快速的运算能力完善的中断处理机制。总之，数字控制使得各种复杂的控制策略容易实现，而且使设备的体积、重量进一步减小，性能更为提高。国内一些单位也正在研究此技术，并己经取得了一定的成果，但还没有出现国产系列化产品，大多以合资的形式投放市场，因而，在逆变电流的并联理论和控制策略等方面还需要进行深入细致的研究，付出更大的

22、努力，做大量的工作。4)选题意义和主要内容实现多个逆变器模块的并联供电电源系统，以满足不同的负载功率及供电可靠性要求。逆变电源的模块化及其并联控制技术，是交流电源系统从传统的集中式供电向分布式供电乃至全功能电源系统供电模式发展过程中必须解决的一个关键技术。现今，使用特种电源供电的装备日趋增多，用逆变器并联电源系统供电，对于改善供电质量、提高供电效率、防止供电污染和这一技术来说，相关资料显示：逆变电源并联技术在国外的发展也有相当一段时间，但仍存在许多不足之处；在我国逆变电源并联控制技术的研究起步甚晚，近两年来，许多科研单位和院校也开始涉足这一领域，因此，逆变电源并联控制技术的研究具有深远的社会影

23、响和社会效应。第二章 逆变器的工作原理及输出控制2.1逆变器的设计方法主电路建模图 2.1 主电路拓扑结构忽略滤波电感的等效电阻简化为进行双极性调制，可以表示为：其中，S为开关函数。当S1(或D1). S4(或D4)导通时，S=0；当S2(或D2 ). S3(或D3)导通时，S=l；显然，由于开关函数S的存在，式中Vi不连续。在一个开关周期内，采用状态空间平均法，用Vi的平均值代替其瞬时值。Vi的平均值可以表示为：采用SPWM调制，D可以表示为：其中Vm为参考正弦波信号，M为调制比，代入得最后联立各个等式可得到这就是逆变器输入和输出的传递函数Go (s)，根据传递函数的表达式，可以得到其等效方

24、框图如图2. 2所示。图2.2 单相逆变器等效框图正弦波脉宽调制技术SPWMSPWM的控制是根据三角载波与正弦调制波的交点来确定逆变器功率开关器件的开关时刻。用DSP通过软件生成SPWM波形可以采用自然采样法、规则采样法和指定谐波消除法。本系统采用规则采样法。规则采样的原理如图2.3所示。在三角载波每一周期的负峰值时刻找到正弦调制波上的对应点，即图中的E点，求得电压值气，。用此电压值对三角载波进行采样，得A. B两点，从而确定脉宽时间t2。由于每个周期的采样时刻都是确定的，它所产生的SPWM脉冲宽度和位置都可预先计算出来。根据脉冲电压对三角载波的对称性，可得下面的计算公式：其中为正弦调制波的频

25、率，即逆变器输出频率。图2.3 生成SPWM波形的规则采样法逆变器输出电压未经滤波时，谐波主要分布在开关频率及其倍频附近，谐波频率fh为：其中关为开关频率，f为逆变器输出电压频率，m, n为整数。当输入电压不变时，逆变器输出电压的基波分量以及各次谐波分量满足下式：所以当调制度变小，即输出电压基波分量变小时，谐波电压将有较大程度的提高，特别是在开关频率及其附近。2.2输出滤波器从上面分析可知，逆变器的输出电压中不仅包含了50Hz正弦波，还包含了开关频率分量及其倍数谐波。为了得到50Hz的标准正弦波电压，需要在逆变器的输出端加低通滤波器，滤掉高次谐波而得到纯正的50Hz的正弦波电压。滤波器的种类很

26、多，有一阶、二阶以及多阶滤波器。设计中选用的为二阶LC低通滤波器，如图所示。在图中，忽略电感电阻，滤波器输出电压相对于滤波器输入电压的传递函数为：这是一个典型二阶震荡系统，幅相频率特性为：图 2.4滤波器传递函数伯德图可以求得对数幅频特性为：低频段渐近线是一条零分贝的水平线，而高频渐近线是一条斜率为一40dB的直线。这两条线相交处的交接频率为在交接频率附近，幅频特性与渐近线之间存在一定的误差，其值取决于阻尼比屯的值，阻尼比愈小，则误差愈大。当<0.707时，在对数幅频特性上出现峰值，其伯德图如图2.4所示。滤波器的选择标准是保证有合理的噪声抑制能力，输出阻抗和合适的逆变电流应力。从式可以

27、看出，影响滤波效果的参数主要是转折角频率和阻尼比选择SPWM逆变器的输出LC滤波器的转折频率远远低于开关频率，它对开关频率以及开关频率附近基波的倍次频具有明显的衰减作用。由滤波器传递函数的伯德图可以看出，当谐波频率为转折频率的100倍时，谐波电压被衰减到原来的0.01。在一定范围内，选择的滤波器转折频率较低可以减小输出波形的THD。但是，滤波器转折频率也不能过低，因为当滤波器的转折频率取的太低的情况下：（1）重载时，也即阻尼比屯较大时，输出基波将有较大的衰减；（2）轻载时，也即阻尼比乙较小时，输出基波越靠近滤波器的转折频率，输出基波被放大的倍数越大，系统容易产生振荡，不易实现闭环调节补偿。2.

28、3逆变器输出控制2.3.1双极性SPWM控制图 2.5 全桥逆变器主电路如图(2.5)所示是电压型全桥逆变电路的主电路,输入直流母线电压为ud,经一个全桥结构的逆变器,在a、b两点输出逆变器的SPWM电压波形。SPWM电压经过由电感L和电容C所组成的滤波器得到输出基波电压。图2.6 双极性SPWM图(2.6)中(a)是双极性SPWM门极脉冲的分布及产生机制图,其中载波信号电压uc为对称三角波,频率为fc,幅值为Ucm认用；调制波信号电压us为正弦波,频率为f,幅值为Usm。图2.7双极性电压输出频谱2.3.2单极性SPWM控制图(2.8)中(a)为单极性SPWM控制方法的脉冲分布图,从图中可以

29、看出,单极性SPWM控制方法中,Ql和Q2的门极控制信号与上述双极性SPWM控制方法的Q1和Q2是相同的,控制信号发生的逻辑如图2.8(b)所示。但Q1和Q2的门极控制信号与双极性的控制信号有很大的差别,如图(2.8)所示,Q3和Qe门极控制信号的频率为f,与正弦调制波的频率相等,它们的逻辑产生如图(2.8)中(b)所示。图2.8单极性SPWM调制与双极性SPWM调制方法相比,单极性SPWM调制方式下,由于Q3和Q4两个开关管的工作频率为低频(调制波频率),所以可以选择要求较低的低频开关管,同时这一组桥臂的开关损耗也比双极性调制方式下的要低很多。图2.9单极性SPWM输出电压频谱对于逆变桥输出

30、电压的谐波含量,通过计算机数值分析可得：单极性调制小于双极性调制。图(2.5)是单极性SPWM调制输出电压的频谱,对比图(2.3)可以看出,虽然最低次谐波都在开关频率处,但是单极性调制谐波分量的幅度比双极性调制的谐波分量要小很多。不过值得注意的是,在单极性调制的工作方式下,当负载比较轻的时候,可能出现电感电流断续现象,而在双极性调制方式下不会出现电流断续。2.3.3单极性倍频SPWM控制图2.10 单极性倍频SPWM控制由于对于所有的负载来说,逆变电源输出电压中的谐波分量都是有害的,因此为了满足负载的需要,逆变器输出端的LC滤波器是必不可少的。对于滤波器而言,开关频率越高,滤波越容易,LC滤波

31、器的体积也可以做的更小。提高载波频率可以将输出电压中谐波频率提高以利于滤波,但是提高载波频率是以提高开关频率为代价的。而单极性倍频调制可以在不提高开关频率的前提下提高开关带的谐波频率。图(2.6)是单极性倍频SPWM调制的脉冲分布及产生原理。由于逆变器输出电压Uab的脉动频率是逆变器开关频率的两倍,因此称此种调制方法为倍频调制。由于开关频率相对于一般的单极性调制是不变的,因此单个开关管的开关损耗也是不变的。图(2.7)是单极性倍频SPWM控制的输出电压频谱。图2.11 单极性倍频SPWM控制对比图(2.7)、(2.5)、(2.3)可以看出,采用单极性倍频调制方法,输出电压的谐波分量得到了有效的

32、控制,输出电压中最低次谐波带的中心频率是开关频率的两倍,这对于输出滤波器的设计是十分有利的。这里值得注意的是,如对于半桥电路而言,以上的调制方法也不是对任何的拓扑电路都可以采用单极性SPWM控制和单极性倍频SPWM控制就不适用而只能采用双极性SPWM控制。本文中的全桥逆变器采用单极性倍频调制。第三章 逆变器的并联3.1逆变器并联的意义单台的逆变器能够提供高质量的电源,但是它还是存在一旦单台电源发生故障,整个供电设备就瘫痪的致命弱点。而现代信息技术的发展对供电系统的可靠性提出了更高的要求,电源系统己成为通讯系统中最大的故障源。据1996年美国电源学会的统计资料表明,美国计算机系统中45%以上的数

33、据丢失是由于电源故障引起的,远远高于2%的硬件故障、软件错误和3%的人为故障,因此如何保电源系统的可靠性成为一个重要的课题。提高电源系统的可靠性振荡,不利于逆变器的安全稳定运行。滑模变结构控制是利用不连续的开关控制策略来强迫系统的状态变量沿着相平面中某一预先设计好的滑动模态轨迹运动。从原理上讲,滑模变结构控制的稳定性以及系统性能对参数变化和外部扰动不敏感,具有较强的鲁棒性,这是它的主要优点。但是对于实际的逆变电源系统,确定一个理想的滑模切面是很困难的。以上的这些数字控制技术,一些己经在实际的产品中得到了应用,另一些还处于技术研究阶段。但是从电源的发展方向来看,数字化是整个电源系统的一个发展方向

34、,因此逆变器的数字化控制是今后逆变器控制的一个可以通过采用并联冗余的方式来解决,所谓并联冗余系统是指参与并联运行的各逆变器单机在系统中具有同等的地位,共同分担负荷,其中任意一台单机出现故障,其它单机能自动均担多出来的负荷,而故障单机能自动从负载母线上脱开,从而保证整个系统的可靠运行。并联系统相比于集中式电源系统,具有以下的一些优点：1.可以组成更大容量的交流电源供电系统；2.可以组成冗余系统,以提高供电系统的可靠性；3.可以灵活配置系统的容量,以便扩容；4.系统具有很好的可维护性,单台电源模块可以短时的退出运行,保证系统的带电维护。3.2逆变电源的现状与发展趋势由于逆变器并联对供电系统可以带来

35、众多的好处,因此对逆变器并联技术的研究也早已成为一个热点。世界上许多国家(如日本、美国、德国等国家)的电源开发公司在逆变器的并联冗余控制技术方面已经做了大量的工作,并有一系列的产品投入了使用。目前逆变电源系统的并联控制技术的特点及发展表现在以下的几个方面：1)可并联单元的数目增多,以多种途径实现可靠并联运行。目前,世界几大知名品牌的逆变电源公司如梅兰日兰、EXDIE、西门子、三菱、东芝、APC等的产品可以实现并联运行,但并联的逆变器台数不超过10台,因此并联单元的增多是逆变器并联今后发展的一个趋势。同时并联的控制方式也将趋于多样性,一些公司己经推出了无互连线式的并联方式。无互连线式独立控制的并

36、联方式可以很方便的解决不同结构的电压型逆变电源之间或电压型逆变电源与公共电网之间的均流并联运行控制,并且采用这种方式控制的电源系统将不受距离的限制,使得并联供电系统更加灵活方便。虽然这种方式目前还存在一些技术问题,但是这种并联方式的方便性、可靠性使得它成为并联控制的一个发展方向。2)在小功率逆变电源中用较低的成本实现较好的并联策略。目前可并联逆变电源多为三相中、大功率逆变电源,因此为实现并联运行,控制电路成本的增加对总成本的影响不是很大。而普通的小功率单相逆变电源的控制电路比较的简单,特性也不如大功率逆变电源的好,因此要实现并联运行,电路的设计要综合考虑控制电路特性和成本的关系。因此在小功率的

37、逆变并联系统中往往采用统一的电源模块和控制电路以简化并联的控制要求,以适应不同的用户要求。3)采用高频链结构技术为了完成逆变器的并联、提高逆变器的性能和减小逆变器模块的体积,现在的逆变器产品大多采用高频链结构技术。逆变器内减少了工频变压器,装置的体积重量大为减轻,同时节约了成本,降低了装置的复杂性。4)采用全数字化控制技术。为了提高系统的控制性能和完成并联控制的复杂算法,逆变电源的控制一般采用全数字控制方案,如应用单片机或DSP来完成系统的检测、运算和控制。3.3逆变器并联的基本原理要实现逆变器的并联运行，其关键的问题在于各台逆变器要共同分担负载电流，即要实现逆变器的均流运行。下面以两台逆变器

38、的并联运行为例，简单分析逆变器并联的原理。图3.1 两台逆变电源并联运行等效电路其中：V1, V2代表两个逆变电源的输出PWM波形的基波电压；L1, L2, C1, C2分别代表两个逆变电源的输出滤波器；r 1, r2表示两台逆变电源输出引线的电阻(阻值很小可以忽略)；R为公共负载阻抗；根据图(3.1)可以列出以下的电路方程：公式 (3-1)当C1=C2=C L1=L2=L时，上述公式可简化为：公式 (3-2)由上式得到：公式 (3-3)由以上的三个方程可以得到：公式 (3-4)由(3-4)可以看出,每台逆变器电流有两部分电流组成,一部分为负载电流分量,另一部分为环流分量；负载电流分量总是平衡的,但是环流分量的存在使得各台逆变器输出的总电流不相等。当Vl,V2同相位时,电压高的环流分量是感性的,电压低的环流分量是容性的；当V1,V2幅值相等时,相位超前的环流分量为正有功分量,相位滞后的环流分量为负有功分量；当Vl,V2幅值、相位都不相同时,环流分量中既有有功分量,又有无功分量。从上面的分析中可以看出,对电压型逆变电源来说,要实现并联运行必须解决以下问题：1.并联运行的各台逆变电源的输出电压的频率