逆变器并联系统开关环流的研究

摘要：多逆变器构成的微电网在孤岛运行时，逆变器并联系统中会存在环流问题。对现有环流问题进行扩展分析，提出开关环流的概念，并基于开关器件级的电路模型，研究电路参数与开关环流之间的关系，提出能够较好抑制开关环流的电路参数的设计原则。通过仿真和实验明确了所提出的开关环流概念的理论和实际意义，并验证了对其分析以及抑制的电路参数设计方法的有效性和可行性。
关键词：微电网；逆变器并联；开关环流；纹波

1 引言
微电网将各种类型的分布式能源通过多逆变器并联系统连接在一起。当微电网运行于孤岛模式时，其系统电压由各并联逆变器共同支撑，而逆变器并联系统由于存在环流问题，会影响微电网的可靠运行。目前，环流的分析和抑制是微电网逆变器并联系统的重要研究内容。
文献从逆变器并联系统稳定性角度着手，建立了小信号模型，并基于稳定性及动态性能分析，得出了控制参数对系统性能的影响关系。文献提出环流阻抗的概念，并在此基础上提出了环流阻抗调节器用以改变并联系统的环流阻抗，取得较好的效果。文献对基于电压电流双环控制的逆变器并联系统中的环流特性进行了建模和分析。建立基于等效输出阻抗和求解微分方程的环流特性分析方法，并给出了逆变器输出有、无功环流与输出电压幅值和相位之间的定量关系。文献对三相逆变器并联系统中的零序环流进行了模型和分析研究。文献提出逆变器并联系统中统一调制概念，但与之相关的各因素间如何相互影响及如何进行抑制等问题，还未更深入探讨。
这里在基于文献的研究成果上，对逆变器并联系统中环流概念进行了扩展，提出了开关环流的概念，同时基于开关器件级模型对开关环流问题进行了详尽分析。通过分析并联系统中各电路参数与开关环流之间的相互关系，提出了能较好抑制开关环流的电路参数的设计原则。最后通过仿真和实验证明了所提出的开关环流概念的理论和实际意义，并验证了电路参数设计方法的有效性和可行性。

2 开关环流的概念
图1示出由两台单相半桥逆变器构成的并联系统，为单个负载供电的等效电路图。理想情况下，两逆变器模块电路参数完全相同，任一时刻同一桥臂中有且仅有一个开关管导通，忽略开关管开通和关断过程，并联系统共有4种工作状态，并且在两逆变器开关状态不同时，系统会产生开关环流。下面给出开关环流的定义。逆变器并联系统中的环流共由三部分组成：①直流环流：由于逆变器各模块输出电压的直流偏置不同而产生的环流；②工频环流：由于各模块输出电压工频分量(幅值、相位)的差异而产生的环流；③开关环流：由于各模块对应桥臂上非线性开关的开关状态不同步而产生的以开关频率为变化频率的环流。