随着太阳能、风能、潮汐能等新能源的发展,分布式发电系统得到了极大的应用。文献[1]中给出了分布式发电技术的定义,不同于传统集中式供电方式,所谓分布式发电技术是一种容量小且在供电网络中任意位置都可以并网的新型发电技术。随着分布式发电的快速发展,对容量、性能、可扩展性等要求越来越高。逆变电源作为分布式发电系统中的核心发电设备,其由集中供电向分布式并联供电发展成为必然趋势。文献[2]中提到,多台逆变器并联时,各个电源模块共同承担系统功率,其功率器件所承受的电流应力减少,可靠性提高。每台逆变器容量相对较小,体积和重量减少,易于实现模块化,降低了系统的生产和维护成本。因此,逆变器并联供电是分布式电源系统实现高可靠性、高冗余性、高容量和高可扩展性的基础。研究逆变器的并联技术对实现大功率电源系统,提高其稳定性和可靠性具有重要的意义。
根据有无信号连线,逆变器并联控制技术可以分为有互联线并联和无互联线并联两大类。其中,有互联线并联控制技术一般又包括集中控制、主从控制、分布逻辑控制和3C控制四大类。
文献[3-4]中采用的是集中式控制方案,在采用集中控制方式的并联逆变器系统中存在一个集中控制单元。各逆变器将自己的有功功率和无功功率上传给集中控制器,集中控制器经过计算得到各逆变器应该输出的平均功率指令并下发给各逆变器。此外,集中控制器还发出各逆变器的公共同步信号。由于存在集中控制器,因此整个系统的可靠性很大程度上是由集中控制器决定的。当集中控制器出问题时,整个系统也就停止工作。
文献[5-7]中采用的就是主从并联控制,为了提高系统的可靠性,可以选择其中一台逆变器作为主逆变器单元,其他逆变器作为从逆变器单元。主从式并联电源系统的每个模块内部都有同步基准信号产生,但是是否输出同步信号可以通过其他信号来控制。当系统采用主从并联方式时,其可靠性比常规的集中控制方式有提高。当系统中从模块故障时系统仍可以正常运行;当主模块出现故障时,可以通过主模块的切换来实现故障逆变器的退出运行。但这种并联系统仍存在着一些固有的缺陷,一旦主逆变器出现故障,则某一从逆变器需要切换为主逆变器。在此过程中并联系统可能会由于失去同步信号而停止工作。此外,整个并联系统中各模块的逻辑电路也很复杂,这会降低系统的可靠性。因此,主从并联控制并不能很好的实现并联冗余控制设计。
文献[8-10]中采用的是分散逻辑控制,在采用集中并联与主从并联控制策略的逆变器系统中,如果主控制单元出现故障,则并联系统可能会停止工作,在某些情况下不能满足并联系统对大容量和高可靠性的要求,也使得系统冗余设计优势不能够显现出来。分散逻辑并联控制策略中,各逆变器都可以获得系统中其他模块输出的有功功率和无功功率信号,对有功信号和无功信号进行分析可以得到逆变器电压幅值和频率的补偿信号。因此分散逻辑并联可以实现真正的冗余设计。当并联系统中有一个逆变器发生故障而退出运行时,其他逆变器仍然能够正常工作。但是采取分散逻辑并联时,各逆变器之间有较多的通信线路,使得系统的设计变得复杂。各逆变器的控制逻辑也比较复杂,实现起来有一定的难度。
文献[11]采用了3C并联控制,每台逆变器的电流基准为上一台逆变器的输出电流,所有逆变器在结构上形成一个环形。系统中每台逆变器的控制方式都相同,采用电压电流双环结构,电流环用PI调节器,很好地跟踪了上一台逆变器的输出电流。采用3C控制方式的优点在于每台逆变器只与上下两台逆变器之间进行通信,相对来讲,减少了信号连线的数量,与其他n-2台逆变器之问没有关系。同时,能很好地跟踪上一台逆变器,则具有良好的均流特性。
文献[12-13]中采用的是无互联线控制,逆变电源无互联线并联控制系统的同步及均流控制都仅依靠各模块内的均流控制策略。这可以实现各逆变器的控制系统间的电气隔离,同时系统安装、维修更加简便和快速,并联系统运行也更加可靠,系统容量的扩展也更加方便。在无互联线并联系统中,各逆变电源之间无均流通信线路,各逆变电源中有一功率计算单元,能实时检测逆变电源输出的有功P和无功Q,通过给定电压频率和幅值指令的微调,使得各逆变器能够输出合适的相位和幅值的电压,从而使各逆变器实现有功功率和无功功率的均分。
综上所述,集中控制在实际应用可靠性上较其他三种方案有所欠缺,但是集中控制只需要一个控制装置,控制方式实现简单,当逆变器并联系统中各个参数一致时,各台逆变器能够很好地实现自然均流。此外,集中控制可以较为方便的实现功率比例分配。综合考虑,决定采用三相逆变器并联集中控制方案。
参考文献
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