2017国赛优秀作品——A题 微电网模拟系统 厦门大学

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一、系统方案比较与选取
1.均流方案比较与选取
方案一：下垂特性控制。利用逆变器输出的下垂特性，各个逆变器模块以自身的有功和无功功率为依据，调整自身输出电压的频率和幅值，来达到各台逆变器的均流控制功能。优点是不存在各个模块间的通信问题，可以实现冗余控制。缺点是动态响应慢，输出电压和频率存在稳态偏差。

方案二：集中控制。采用专门的、公共的同步和均流模块，统一调控各个逆变器。即集中控制单元控制脉冲产生统一的脉冲信号，然后各个逆变器模块经过锁相环跟随同步信号，从而保证各个输出模块的输出电流相位与幅值一致，消除环流，实现各逆变器的电流均流功能。优点是控制方法简单，均流效果好。缺点是无法实现冗余控制，一旦公共控制电路失效，会导致整个并联系统瘫痪。

方案三：主从方式控制。该控制方式是将均流控制的功能分散到各个并联模块中。主模块逆变器采用电压控制，从模块逆变器采用电流控制。从模块的电流指令均由主模块的电压指令决定。优点是该方法可以很好地实现静态均流。缺点是不能实现冗余控制，一旦主控制模块损坏会导致整个并联系统瘫痪。考虑到本系统只有两个逆变器并联，从路数量少，选择主从方式控制方法实现较为简单，减少了控制电路的数量，因此选择方案三。

2.整体设计
主地路结构为两个三相桥式逆变器并联连接为星形连接的可调负载。
单个逆变器的主电路采用三相桥式逆变器结构，由单片机产生双极性SPWM波形控制M0%管开断，经过LC滤波器得到三相正弦交流电。通过控制输出端线电压的有效值实现稳压输出，如图1所示。

整个系统由两个相同的逆变器组成，并联的控制方式采用主从方式，采集主机的输出电压、电流有效值和从机的输出电流有效值，通过PID串级控制，控制主逆变器的电压和从逆变器的电流，通过UART通信实现主从机电流分配控制，从而达到并网均流、输出功率自动调整分配的目的，如图2

二、理论分析与参数计算
1.效率提高方案
该系统的消耗主要集中在滤波电感、开关管等器件，做好这些器件的吸收缓冲和参数选择是提高系统效率的有效途径，方法如下。
（1）对PCB布局进行合理规划，减小开关电流环流面积，降低di/dt对电路的影响。
（2）在开关管D、S之间加RC吸收回路。合理的吸收回路降低了功率器件的浪涌电压和电路，降低了开关损耗和EM1，避免了器件的二次击穿。





（3）选择导通电阻小的开关管，减小开关管的损耗。
（4）选择合适的SPWM载波频率。开关管的导通损耗会随着系统的工作频率增大而增大，并且过低的频率会给滤波器的设计带来困难，为了降低开关损耗，使THD升高，且避开音频噪声，选用的SPWM的载波频率为40kHz。
（5）选择低ESR的滤波电感L=1mH。

2.逆变器并联运行模式的控制策略
当两个逆变器并联运行时，逆变器的直流侧和交流侧直接并联，形成环流通路。环流的存在会使得系统损耗大大增加，严重影响并联系统的正常运行。而环流主要是由各逆变单元输出电压的不一致引起的，因此各逆变单元输出电压的幅值、频率及相位的严格一致成为逆变器并联系统稳定供能的最大前提。
两个三相逆变器的并联等效原理如图3所示。
U1和U2，分别为两个逆变器输出电压的有效值，欧米伽1和欧米伽2为两个逆变器与负载端电压的相位差。简单



认为两个逆变器等效输出电抗和连线电抗之和相等，即X1=X2=X0，逆变器等效输出电阻相等，即r1=
r2=r。系统环流为ih。则环流公式为

从上可知，并联系统各单元模块输出电压特性的不一致是造成环流的最本质原因，主要表现为：各逆变单元输出电压幅值与相位的不一致；各单元外特性的不一致，即等效输出阻抗的不一致；并联系统线路阻抗的不一致。

通过调节两个逆变器的输出电压幅值，使输出电压幅值差减小到可控制的范围内；调整输出电压的相位，使输出电压相位差近似为0，减小环流，从而达到两个逆变器同时运行的目的。
对于发挥部分的稳压均流，采用电压、电流串级PID控制，对于电流波动和阻抗波动引起的干扰能起到很好的抑制作用，从而保证了电压和电流的分配精度。

shengxiang

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