1.3 逆变电源并联运行时的几种控制方式

逆变电源并联控制方式一般分为集中控制、主从控制、分散逻辑控制和无互连线独立控制四种。

1.3.1 集中控制方式

在图1.33所示的直接集中控制方式中，并联控制单元检测市电频率和相位，给每个逆变电源发出同步脉冲，没有市电时，同步脉冲可由晶振产生，各个逆变电源的锁相环电路用来保证其输出电压频率和相位与同步信号同步。并联控制单元检测总负载电流I，除以并联单元数n作为各台逆变电源的电流指令，各逆变电源单元检测各单元实际输出电流，求出电流偏差。假如各并联单元由一个同步信号控制时输出电压频率和相位偏差不大，则可认为各电源模块单元中电流的偏差是由电压幅值的不一致造成的，故这种控制方式直接把电流偏差作为电压指令的补偿量加到各逆变电源单元中，用以消除电流的不平衡。

在这种控制方式中，虽然各逆变电源由统一的同步脉冲控制输出电压的频率和相位，但由于各逆变电源单元输出电压相位的检测存在误差，因此实际的输出电压相位仍有可能存在误差。为消除这一缺陷，集中控制还可采用图1.34所示的间接方式工作。这种控制方式中，用ΔI和输出电压Uo计算出ΔP和ΔQ, ΔP作为相位补偿量，可进一步提高并联运行时均流的精度。

1.3.2 主从控制方式

前面介绍的集中控制方式下，在已有的逆变电源基础上，增加一个单独的并联控制单元即可实现逆变电源的并联运行。在这种方式成熟之后，有些厂家把并联控制单元的功能做到每台逆变电源中，通过工作方式选择开关或由软件自动设置，并联工作中首先启动的一台做主控逆变电源，负责完成并联控制功能，其他逆变电源做从机。这就是所谓的主从控制方式。这种方式在并联思想上与集中控制并无太大差别，只是用户使用更方便，设备安装更简便，且可克服集中控制时并联控制单元出现故障逆变电源就不能并联运行的缺陷。主从控制方式下，当一台逆变电源的并联控制单元有故障时，只要其他单元仍能正常工作，可切换为另一台逆变电源做主机即可并联运行，其系统框图如图1.35所示。

主从式并联控制逆变电源系统的每个模块内部都有同步基准信号产生，该信号是否发送由可控开关S决定，若S闭合，则这个模块就将基准信号送到公共的同步信号线上去，其他各模块通过这根信号线接收同步基准信号，再由锁相电路实现输出电压Uo与同步基准信号的跟踪。与集中控制和常规的主从式控制方式相比，系统中增加了一个反映并联网络状态的传输信号线BL，若BL=0，表示系统中尚无主机在工作；若BL=1，则表示系统中有主机在工作。同时，在各模块内部增加了一个反映本模块状态的主从标志MI，若MI=1，表示本模块为系统主机，反之则为从机。整个系统通过各模块内的逻辑电路完成以下并联运行：

当第一台电源模块启动时，由启动信号和检测到的BL信号（BL=0）使主从标志MI=1，即为主机，再由MI信号控制开关S闭合，主机向外发送同步信号，同时MI使网络状态标志置为“1”，表示并联系统已有主机在工作。

当第二台电源模块启动时，由于系统中已有主机在工作（BL=1），所以MI=0，则该模块设为从机，同时，使开关S处于断开状态，从模块从公共同步信号线上接收同步基准信号。

从机停机时系统及其他模块的状态不变，系统正常工作。

主机一旦停机，BL信号由1变为0，此时系统则按一定的方式在工作的从机中选一台作为主机。其中一种方法是：将每台电源模块对BL信号下跳沿的反应时间设计得不一样，这样，反应最快的模块首先将本模块的MI标志置为1，成为主机，并且使BL翻转为1；而其他模块的反应过程将因BL=1而终止，仍为从机工作方式。

显而易见，图1.35所示的主从控制方式比常规的集中控制方式的并联系统的可靠性有所提高，在系统中任何一个模块失效的情况下仍能维持继续运行。但这种并联系统仍存在着一些固有的缺陷，如同步基准信号仍为公共集中同步信号，一旦主机有故障，则在切换过程中会有一段时间所有的模块失去同步而可能出现更大范围的模块失效，同时各模块的控制逻辑判断电路的复杂性及可靠性也会不可避免地影响整个系统的工作性能指标。因此，主从式并联控制系统并不是较理想的并联冗余系统。

1.3.3 分散逻辑控制方式

以上两种并联冗余控制方案中，若并联控制电路故障可能会导致整个系统故障停机，因此不能同时满足逆变电源模块组成的电源系统对大功率化和高可靠性两方面的要求，使并联冗余的优点大打折扣。为解决这一问题，必须在并联控制过程中使各逆变电源模块不依赖于集中控制单元或某个主模块，能独立的检测和控制本模块在系统中的工作状态而实现模块间的输出功率合理分配，并能很好地抑制模块间的环流，这种并联控制技术称为独立并联控制技术或直接并联控制技术。

分散逻辑并联控制方式即为一种独立并联控制方式，它采用了在各逆变电源中把每个电源模块中的电流及频率信号进行综合，得出各自频率及电压的补偿信号的控制策略。这种方式可实现真正的N+1并联运行，有一个模块故障退出时，并不影响其他模块的并联运行。

分散逻辑控制的并联冗余逆变电源控制框图如图1.36所示。这种控制方式与直流电源中目前较流行的均流方式思想是一致的，只是实现起来较困难，有些技术问题必须解决好才行，详细分析和设计策略参见本书第5章。

1.3.4 无互连线独立控制方式

由于分散逻辑并联控制方式中各逆变电源之间的互连线较多，且大容量设备并联时互连线距离较远，干扰较严重，为此一些电源公司专门研制了光纤通信的信号综合专用板，以实现分散控制的可靠运行。但这些措施又会使系统出现价格上升、逻辑控制复杂化等一系列问题。因而，要实现较完善的并联系统中逆变电源独立控制，并且在不同容量、不同结构的电压型逆变电源之间或逆变电源与公共电网之间实现并联运行控制及负载均分控制，则取消逆变电源模块间的均流互连线应为最理想的选择，即采用“无互连线的并联控制”技术，这种无互连线的逆变电源并联控制系统的同步及均流控制只依赖于各模块内的系统控制策略，可使各逆变电源模块之间的控制系统的电气联系完全隔离，系统安装或维修更加简便、快速，并联运行更加可靠，容量的扩展也更加容易和方便。

在图1.37所示的无互连线逆变电源冗余控制框图中，各并联运行的逆变电源之间无均流互连线，每个逆变电源中有一个功率计算单元，能实时检测逆变电源输出的有功P 和无功Q，通过给定f*和U*的微调，可找到最佳相位和电压补偿量，使各逆变电源的相位差和电压差为零，从而使各逆变电源均分负载。因为有相位差时，输出电流中会有额外的有功电流分量；有电压差时，会有额外的无功电流分量。这种控制方式能实现的前提是检测和控制精度很高，计算速度很快，否则均流的精度很差，详细分析及设计方案参见本书第6章和第7章。