基于DSP控制的逆變器并聯(lián)

摘要：通過采樣輸出電壓和電感上電流來控制逆變器，并采用CAN總線作為并聯(lián)通訊線，通過對逆變器參考電壓的調(diào)節(jié)使得各并聯(lián)逆變器達(dá)到均流的效果。文章給出了仿真波形并加以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：逆變器；控制器局域網(wǎng)總線；并聯(lián)；數(shù)字信號處理

1 前言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中對交流電源的要求也越來越高。不間斷電源（Uninterruptible Power Systems簡稱UPS）能夠提供品質(zhì)良好的正弦波電源，且對整個(gè)電網(wǎng)的污染小。隨著對交流電源容量和整個(gè)供電系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性的要求越來越高，UPS的并聯(lián)技術(shù)也被廣泛地研究與應(yīng)用。采用UPS并聯(lián)技術(shù)組成的供電系統(tǒng)具有很多的優(yōu)點(diǎn)：

1）它使電源的容量大大提高；

2）提高了整個(gè)供電系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性；

3）方便了整個(gè)系統(tǒng)的維護(hù)和維修，真正能夠做到不間斷地供電。

2 逆變器并聯(lián)條件

在UPS的并聯(lián)技術(shù)中，最重要的一點(diǎn)就是要保證各個(gè)并聯(lián)模塊的功率分配要均勻，也就是各個(gè)模塊要達(dá)到均流的要求。下面以2臺(tái)逆變電源并聯(lián)運(yùn)行為例，簡單分析一下逆變器并聯(lián)所需的條件。

如圖1所示，U1、U2表示2個(gè)逆變器的SPWM輸出波形電壓；L1、L2、C1、C2分別是2個(gè)逆變器的濾波電感和電容；R是2個(gè)逆變器的公共負(fù)載。

圖1 2臺(tái)UPS并聯(lián)的等效電路

當(dāng)并聯(lián)模塊的參數(shù)相同時(shí)，即C1=C2=C，L1=L2=L時(shí)，由上圖可以得到

iL1=（1）

iL2=（2）

從式（1）、（2）可以看出每個(gè)逆變器的電感電流包括兩個(gè)部分：第一部分是負(fù)載電流，這一部分兩個(gè)逆變器是一樣的；第二部分是環(huán)流，這一部分兩個(gè)逆變器所承擔(dān)的大小是不一樣的。正是由于環(huán)流的存在，使得逆變器的并聯(lián)遇到困難。

從式（1）、（2）可以看出，環(huán)流的大小，不僅跟逆變器輸出電壓的幅值有關(guān)，而且跟輸出電壓的相位也有關(guān)。因此，UPS的并聯(lián)比一般的直流電源并聯(lián)要復(fù)雜得多，它必須滿足以下3個(gè)條件：

1）各個(gè)逆變器的輸出電壓的幅值必須相等；

2）各個(gè)逆變器的輸出電壓的頻率必須相等；

3）各個(gè)逆變器的輸出電壓的相位必須一致。

3 電流均流控制

為了滿足逆變器并聯(lián)所必須的條件，各種并聯(lián)控制方案相應(yīng)被提出。主要有集中控制、主從式控制、分散式并聯(lián)、無互聯(lián)線控制等方案。本文采用CAN總線數(shù)字技術(shù)，將1臺(tái)逆變器（主模塊）的電流和電壓相位利用CAN通訊線發(fā)送給各個(gè)并聯(lián)模塊。各并聯(lián)模塊跟蹤主模塊的電流，以達(dá)到均流的效果。

3.1 逆變器主電路分析

單個(gè)模塊的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。在單個(gè)逆變器中，主電路由全橋和LC濾波器組成；而控制電路主要由1塊TMSC320F241的DSP芯片（內(nèi)帶CAN控制器）及一些采樣電路組成。DSP通過采樣電感電流和輸出電壓來控制逆變器，同時(shí)通過CAN通訊線來獲得主模塊的電流和相位。

圖2 2臺(tái)逆變器并聯(lián)的電路結(jié)構(gòu)

從圖2可以得到單臺(tái)逆變器的數(shù)學(xué)模型如圖3所示。圖中是A,B兩點(diǎn)之間的電壓,Δi是環(huán)流。

圖3 逆變器的數(shù)學(xué)模型