3 kVA高頻軟開關(guān)航空靜止變流器并聯(lián)模塊研究

　　2.4　并聯(lián)系統(tǒng)動(dòng)、靜態(tài)分析

　　假設(shè)3個(gè)模塊的輸出濾波電感和輸出濾波電容相等，各電流環(huán)的放大倍數(shù)，輸出線路阻抗均相等，即:L1=L2=L3=L，C1=C2=C3=C，r1=r2=r3=r，，對于該航空靜止變流器并聯(lián)系統(tǒng)，并聯(lián)連接線較短，輸出線路阻抗r非常小，可以忽略，因此U＆0≈U＆1。

　　假設(shè)單逆變模塊的負(fù)載為R，電壓環(huán)的放大倍數(shù)為k，積分時(shí)間常數(shù)為rV，可得單逆變模塊的正向通道傳遞函數(shù)為

　　(6)

　　反饋通道傳遞函數(shù)為H(s)=Kv (7)

　　單逆變模塊的輸入輸出傳遞函數(shù)為 (8)

　　n個(gè)單逆變模塊并聯(lián)后，并聯(lián)系統(tǒng)的正向通道傳遞函數(shù)為

　　(9)

　　由于是共用電壓環(huán)，因此，反饋通道傳遞函數(shù)不變

H′(s)=Kv=H(s) (10)

　　并聯(lián)系統(tǒng)的輸入輸出傳遞函數(shù)為 (11)

　　比較式(6，9)和式（8，11），n個(gè)模塊并聯(lián)系統(tǒng)的負(fù)載為nR時(shí)的正向傳遞函數(shù)和輸入及輸出傳遞函數(shù)與單模塊負(fù)載為R時(shí)完全一致，即n模塊并聯(lián)系統(tǒng)動(dòng)、靜態(tài)特性與相應(yīng)n分之一功率輸出的單模塊的動(dòng)、靜態(tài)特性完全一致。因此，并聯(lián)系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)特性較單模塊有所提高，輸出功率增加了n倍：P0′=nP0。

　　單逆變模塊逆變器的等效輸出阻抗為

（12）

　　并聯(lián)系統(tǒng)的等效輸出阻抗為 （13）

　　由此可見，與單模塊相比，并聯(lián)系統(tǒng)的放大倍數(shù)提高，輸出阻抗減小，外特性變硬。并聯(lián)系統(tǒng)空載時(shí)輸出電壓與單模塊相同，在相同負(fù)載條件下，輸出電壓下降量減少。系統(tǒng)的輸出功率與并聯(lián)模塊數(shù)量成正比。

　　3　3kVA 27VDC/115V 400Hz航空靜止變流器調(diào)試與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　經(jīng)過上述分析，用Saber仿真軟件進(jìn)行了仿真，結(jié)果與分析結(jié)果一致。并聯(lián)運(yùn)行前，將3臺航空靜止變流器的電流環(huán)的反饋系數(shù)和輸出濾波參數(shù)調(diào)整至基本一致。逆變器控制參數(shù)為:kvf=0.034，kv=12.14， ，ki=1.471。以下為實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

　　輸入電壓:20VDC～30VDC，輸出功率:3000VA，輸出電壓:115V±3%，輸出頻率:400Hz±0.1%，輸出失真度:≯2%，整機(jī)效率:≮82%。

　　表1給出了該系統(tǒng)在輸入直流母線電壓為額定電壓27V時(shí)，負(fù)載分別為阻性和感性情況下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

　　圖5給出系統(tǒng)在阻性額定負(fù)載（3KW），航空靜止變流器輸出電壓U0和3個(gè)逆變模塊的輸出電流i01，i02，i03的波形。(不均衡度優(yōu)于1.31%)。圖6給出系統(tǒng)在感性額定負(fù)載(3KWA)(cosφ=0.766)，航空靜止變流器輸出電壓U0和3個(gè)逆變模塊的輸出電流i01，i02，i03的波形。(不均衡度優(yōu)于0.09%)。

圖5　阻性額定負(fù)載下，逆變器輸出電壓及各模塊輸出電流波形

　　說明:：圖5中Ch1為輸出電壓U0(250/格)，Ch2為模塊1的輸出電流i01(10A/格);Ch3為模塊2的輸出電流i02(10A/格)，Ch4為模塊3的輸出電流i03(10A/格);時(shí)基為1ms/格。

圖6　感性額定負(fù)載下，逆變器輸出電壓及各模塊輸出電流波形

　　說明：圖6中Ch1為輸出電壓U0(50V/格)時(shí)基為500μs/格，Ch2為模塊1的輸出電流i01(10A/格)，Ch3為模塊2的輸出電流i02(10A/格)，Ch4為模塊3的輸出電流i03(10A/格)。

　　從上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和波形可以看出:：利用該種方法實(shí)現(xiàn)航空靜止變流器并聯(lián)，對于阻性負(fù)載及感性負(fù)載具有較好的均流性能，不均衡度優(yōu)于2%。

　　在本系統(tǒng)中，由于所有并聯(lián)模塊都跟蹤統(tǒng)一的電流給定，保證了各模塊的電流相位和幅值均能一致，。因此，并聯(lián)模塊間的均流精度較好，并且，在突加突卸負(fù)載時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)都能保持穩(wěn)定，并聯(lián)模塊間的均流精度不受影響。另一方面，由于所有并聯(lián)模塊均為電流型模塊，插入及拔出系統(tǒng)時(shí)對系統(tǒng)的輸出電壓影響很小，因此，該系統(tǒng)的熱拔插設(shè)計(jì)較電壓型模塊的并聯(lián)熱拔插設(shè)計(jì)要方便得多。同時(shí)，可以采用文獻(xiàn)5中的分散邏輯方案實(shí)現(xiàn)控制冗余。

　　4　結(jié)　論

　　本文對基于主從控制的電流控制型逆變器并聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行了研究，經(jīng)過分析和實(shí)驗(yàn)可以得出以下結(jié)論:

　?。?）對基于電壓、電流雙閉環(huán)控制的逆變器，可采用公用電壓環(huán)的方案構(gòu)成主從式并聯(lián)系統(tǒng);

　?。?）公用電壓環(huán)的方案構(gòu)成主從式并聯(lián)系統(tǒng)動(dòng)靜態(tài)特性較單模塊有所提高;

　　（3）電流瞬時(shí)控制提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，輸出電壓的失真小;

　?。?）并聯(lián)系統(tǒng)的輸出阻抗變小，輸出功率與并聯(lián)模塊數(shù)量成正比;

　?。?）模塊間環(huán)流的大小與各模塊的電流環(huán)放大倍數(shù)以及輸出濾波電容的誤差成正比。保證各模塊的電流環(huán)放大倍數(shù)以及輸出濾波電容一致，便能很好實(shí)現(xiàn)各模塊間電流的均分;

　?。?）并聯(lián)模塊數(shù)的增加并不影響各模塊的均流精度，因此這種控制方式?jīng)]有限制并聯(lián)模塊數(shù)量，能方便地實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)的擴(kuò)容和冗余，有很好的應(yīng)用前景。