周杭霞 ，徐旭涛，胡炳孝，刘砚秋

（1.中国计量学院,浙江 杭州 310018;2.网迅（中国）软件有限公司,浙江 杭州310012;3.杭州奥能电源设备有限公司,浙江 杭州310012）

当前大容量逆变电源的发展趋势是采用全控高频开关器件构成逆变电源模块单元，再通过多模块并联运行扩容。在多个逆变器的并联运行控制中，不仅需要对每个逆变器的运行参数（如输入电压、中间变量、输出电压和电流等）进行大量的数据采集和实时处理，还要在各逆变器之间进行数据通信和相应的处理，因而对控制器提出了较高的性能要求[1]。

1 多台逆变电源并联运行原理

图1所示为两台或多台逆变电源进行并联运行的工作原理,其中U1、U2为逆变桥的输出PWM 波的基波分量；Uo1、Uo2为逆变电源的输出电压；ro1、ro2为表征电感内阻线路阻抗等逆变电源损耗因素的等效阻抗；r1、r2为并联的线路阻抗；L1、L2、C1、C2为逆变电源的滤波电感和电容；Z为两台逆变电源的公共负载,可为感性容性或纯阻性。

可得出逆变电源并联运行系统环流S域表达式为(忽略 r和 ro)：

当U1与U2只存在幅值差异时,则此电压差与逆变输出电压同相位，如图2(a)所示。当 U1与U2只存在相位差异时，此电压差比逆变输出电压超前90°，如图2(b)所示。

由于环流iH的存在使得各逆变电源的输出电流不仅包含有效负载电流分量，还有环流分量。在不同状况下环流分量相对于各逆变电源呈现出不同的负载特性，或为有功或为无功。环流分量改变了各逆变电源的输出电流，也相应改变了各逆变电源的输出功率，使得各逆变电源所承担的负载不均衡[2]。

从以上分析可知，只要保证各逆变器输出电压的幅值、频率、相位一致，且通过一种控制方法来保证各个模块按预先设定比例均分有功和无功电流，使输出环流等于零，就可以实现逆变电源的并联运行。

2 并联冗余运行控制方案

分布式控制并联方案(也称分散逻辑控制并联方案)利用了冗余控制方法[3]。其中任何一个模块的加入和退出都不会影响这个系统的运行。使得整个并联电源系统更加自由、方便。平均电流瞬时控制方案是分布式控制并联方案中经常采用的一种控制策略。平均电流瞬时控制方案一般通过锁相环电路保证各个模块基准电压的严格同步，通过求出各个模块输出电流的瞬时平均值进行电流调节,使得电流动态响应迅速[4]，能够及时调整并联工作中的各台逆变电源的输出电流，以达到均流的效果。图3所示为平均电流瞬时值控制的原理框图。

根据以上分析，通过数模混合控制的方式实现逆变电源的均流并联工作，以便发挥数模各自的特点。采用补偿电路模拟运放实现电压环和电流环的控制，并采用成熟的PI调节环电路完成瞬时电压波形外环、高速原边电流内环补偿作用，使整个闭环控制环路快速、准确、可靠运行。通过补偿电路的调节，提高了系统的相位裕量和频率裕量，确保逆变电源并联系统在外界的扰动下能够正常工作，使得整个系统更加简洁可靠，可行性更高。

2.1 硬件控制结构

在逆变电源的控制环电路结构中，使用双环控制电路来保证均流满足设计要求，主功率电路采用带逆变变压器的工作方式，拓扑采用全桥逆变方式[5]。双环控制系统中采样滤波电感电流iL(s)做内环，采样输出电压uo(s)做外环。电源系统控制框图如图4所示。

对于电流内环，有：

其中，滤波电感 L=2.3 mH，滤波电容 C=50 μF，折算到付边的变压器等效内阻负载 RL=10 Ω，未加补偿环节G2(s)电流内环开环传递函数为:

为了改善系统的动态响应和高频特性，可设计如图5所示的补偿电路，以增加系统直流增益和高频衰减倍数。

传递函数为：

补偿后电流内环开环传递函数：

电流内环的闭环传递函数为：

2.2 软件功能的实现

软件的核心芯片采用TI公司的TMS320F2407[6]DSP数字控制芯片,TMS320F2407具有12个PWM发生器和4个定时器，完全能够满足并联逆变电源的各种处理要求。并联工作的各台逆变电源之间的快速相互通信采用CAN通信接口。通过快速A/D转换能够及时计算出逆变电源的输出有功功率P、无功功率Q、频率f和幅值U,然后合成为给定电压指令,经12位D/A转换后送至逆变电源，逆变电源按照给定的电压指令输出正弦波电压,实现有功电流及无功电流的均分,减小逆变电源并联工作之间的环流。DSP发出的电压指令的频率调节分辨率为二十万分之一；电压指令的幅值调节分辨率为四千分之一,足以保证逆变器的有功功率和无功功率的均分,使得并联系统稳定地运行。

软件按照完成的功能划分，主要由主程序和中断服务程序构成。主程序在完成系统的初始化、数据处理、传输和逆变器运行控制外，最主要的就是进行均流控制。中断服务程序则主要实现同步控制和数据的采集等功能。

2.3 逆变电源并联运行时的工作波形

图6所示为两台逆变电源样机并联工作时，负载在空载和满载两种情况下互相突变时的实际输出电流和电压工作波形图，两台产品输出的电流大小基本一致。图7所示为两台样机并联工作时，负载的供电电压在旁路供电和逆变状态供电基本上没有时间间断，近似为零切换，保证了负载的供电质量。

本控制系统采用平均电流瞬时控制的锁相环电路，保证了各个逆变电源基准电压的严格同步，可求出各个逆变电源输出电流的瞬时平均值进行电流的调节。通过自主创新，设计出均流电路参与整个电路环节控制，实现了对两台或多台逆变电源并联运行时的负载均流控制。通过正弦波逆变电源隔离抗偏磁电路，解决了在带工频变压器的逆变电源中的变压器的直流偏磁问题，而且取得了良好的结果。

[1]李俊林,熊健,康勇.逆变器数字多环控制技术研究[J].电工电能新技术,2004,23(4):56-59.

[2]刘明先,裴雪军,侯婷.全数字化组合式三相逆变器的锁相控制策略[J].电气传动,2007,37(10):34-36.

[3]段善旭,刘邦银,康勇.电力线通信在逆变器无互联线并联中的应用[J].电力电子技术,2004,38(2):12-15.

[4]熊健,周亮,张凯,等.一种高性能的单相逆变器多环控制方案 [J].电工技术学报,2006,21(12):79-83.

[5]MATTAVELLI P.An improved deadbeat control for UPS using disturbance observers[J].IEEE Trans.on Industrial Electronics,2005,52(1):206-212.

[6]汪孟,刘亚东,李方正,等.UPS逆变器的渐近收敛无差拍控制[J].电工电能新技术,2007,26(1):47-50.