这一类方法的共同点是基于分散控制逻辑的逆变器输出特性下垂控制(Droop),属于无互联线独立控制,各模块仅在负载端相连,系统可靠性高。由于输出特性下垂意味着输出阻抗的变化,下垂特性将造成系统偏离理想工作点,输出电压或频率随负载而变,尤其在动态过程或带非线性负载时均流控制效果差。
1.基本的电压下垂控制
基于下垂特性(见图7-9)的逆变器输出电压可表示为Uo=Uinitial-IoRdroop,其中Uinitial为空载输出电压,等效输出阻抗Rdroop又称为下垂增益。输出电压下垂特性是通过输出电流反馈来获得的,某模块输出电流的增大,将导致该模块输出电压的下降。然而由于所有模块的输出都并联在一起,故输出电压是相等的,且相对稳定,因此,模块的输出电流就取决于该模块输出电压设定和下垂增益Rdroop,如图7-9所示。各模块基准电压一致性越好、下垂增益越大,则负载均分效果越好。也就是说,均流效果的获得是以牺牲电压调节性能为代价的。
图7-9 电压下垂控制
基本电压下垂控制法的优点:①模块直接并联,无专门控制环节,实现简单;②无须互连线,可靠性好。缺点:①从均流角度讲,属于开环控制,均流效果差;②均流精度以牺牲输出电压调节为代价。特性越软,均流越好,但输出电压调节特性越差,负载的变化将引起较大输出电压波动;③对模块参数一致性要求高。
2.采用非线性增益的电压下垂控制
这是一种改良的电压下垂法,与基本电压下垂法相比:提高了均流精度,且可(在最大峰值电流范围内)改善电压调节特性,输出电压稳定度好;一定程度上降低了对参数一致性的要求;理论上可适用于不同输出特性斜率。
如图7-10所示,当输出电流小于设定值时,输出电压为斜线#1、#2,当输出电流大于设定值时,输出电压斜线为#1′、#2′。因为所存储的k2(IO-N(PEAK)-IO(SET))在不断减小,如果输出电流再次小于给定时,则电压斜线为#1″、#2″,而不是#1、#2。可见,这种方式极大地提高了均流精度。
3.基于有功、无功均分的频率、电压下垂控制
该控制又称功率偏差并联控制,其控制思想基于在逆变电源并联运行中,有功偏差主要取决于模块输出电压的频率差,而无功偏差仅取决于输出电压的幅值差,如图7-11所示。(www.daowen.com)
图7-10 采用非线性增益的电压下垂控制
每个模块检测、计算出自身输出的有功偏差和无功偏差,相应调节输出电压的频率ω(或相位ϕ)和幅值Ui,保证各模块输出功率相等,进而达到均流控制的目的。控制Ui、ϕ所需的信息均来自逆变器内部,不需要与其他模块通信,可以实现无互连线控制;而调节有功时也不必知道电压的实际相位,只需对输出频率作相应调整。
图7-12所示为采用频率、电压下垂控制的并联逆变器原理构成。方法优点:系统同步及均流控制所需要信号取自各模块本身,无互联线,可靠性好,容量的扩展方便、灵活。缺点:有功、无功的检测计算复杂,受计算功率所用滤波器和下垂斜率制约,动态响应速度和稳定性差;非线性负载条件下由于波形畸变产生失真功率D而导致功率均分效果差;下垂特性造成系统的频率和电压随负载而变,偏离理想工作点;每个模块个别调整,调整精度差。
图7-11 频率下垂特性和电压下垂特性
图7-12 频率、电压下垂控制的并联逆变器原理构成
为提高系统动态响应速度和稳定性,有文献提出在下垂特性中引入功率的微-积分项,也有文献提出通过失真功率D的大小调节电压增益方法,即在增益与失真功率D之间建立下垂特性关系,使逆变器能均分失真功率,以利提高非线性负载条件下的功率均分效果。
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