基于DSP实现可并机的逆变电源

摘要：介绍了一种可并机的逆变电源的结构和原理，并以Motorola公司的DSP56F805型数字信号处理器作为控制核心，且给出了硬件和软件的设计方案。实验结果证明此系统的控制获得了良好的效果。

关键词：逆变器；并联；数字信号处理器

1 引言

信息技术的迅速发展，对供电系统的容量、性能和可靠性要求越来越高，也推动着电力电子技术的研究不断深入。多模块并联实现大容量电源被公认为当今电源变换技术发展的重要方向之一。

对于实现大容量的逆变电源，同样也可以采用并联技术。由于逆变电源常采用新型全控功率开关器件构成单元模块，受功率开关器件容量限制，单个逆变电源模块的容量是十分有限的，通过多个模块并联进行扩容，不仅可以充分利用新型全控功率开关器件的优势，减少系统的体积，降低噪声，还可以提高系统的动态响应速度和逆变器的通用性。

1.1 逆变电源并机的原理

交流电源间的并联运行远比直流电源并联运行复杂，由于是正弦波输出，必须要解决以下问题：

1）两台或多台投入并联运行时，相互间及系统的频率、相位、幅度必须达到一致或小于容许误差时才能投入，否则会引起系统不稳定或各逆变单元间产生环流；

2）并联工作过程中，各逆变单元输出必须保持一致，否则，频率微弱差异的积累将造成系统输出幅度的周期性变化和波形畸变，相位不同使输出幅度不稳；

3）均流要求高，均流包括有功和无功均流，即功率的平均分配包括有功功率和无功功率的平均分配；

4）故障保护除单元内部故障保护外，当均流或同步异常时，要将相应有故障的逆变单元切除，确保系统的稳定。

解决上述问题的关键是解决均流问题，鉴于此，采用有功和无功并联控制方式。

该控制方式实际上是实现并联功率偏差控制。当并联逆变单元出现输出有功或者输出无功不一致时，通过检测出本单元的有功或无功偏差值，来调节逆变单元输出电压的相位和幅值，保证每一个逆变单元输出的有功与无功相等，达到均流的目的。图1是两个逆变单元并联给负载供电的网络模型。逆变单元1的输出有功P1和无功Q1分别为：

P₁=E₁Usinδ₁/X（1）

Q₁=(E₁Ucosδ₁－U²)/jX（2）

逆变单元2的输出有功P₂和无功Q₂分别为：

P₂=E2Usinδ₂/X（3）

Q₂=(E₂Ucosδ₂－U²)/jX（4）

由式（1）～式（4）可知，有功的大小主要取决于功率角δ，无功的大小主要取决于逆变单元的输出幅值E₁和E₂，因此可以通过调节功率角δ来调节输出有功功率的大小，通过调节逆变单元输出电压的幅度来调节无功的大小，从而可实现各输出电源模块的均流。

图1 两个逆变单元并联给负载供电的网络模型

1.2 逆变电源并机的数字控制

早期的微处理器运算速度有限，通常只具有给定正弦波的发生、控制逆变电源的开关及实现保护显示等功能，逆变电源的核心——逆变器的控制仍然需要模拟电路的参与。随着电机控制专用DSP的出现和控制理论的发展，使得逆变电源的控制技术朝着全数字化的方向发展。

逆变电源采用数字控制，具有以下明显优点：

1）每个并联运行的逆变单元模块都采用全数字化控制，易于在模块之间更好地进行均流控制和通信，或者在模块中实现复杂的均流控制算法，从而实现高可靠性、高冗余度的逆变单元并联运行系统；

2）易于采用先进的控制方法和智能控制策略，使得逆变电源的智能化程度更高，性能更完美；

3）控制灵活，维护方便，系统的一致性好，成本低。

正弦波逆变电源的控制策略有PLD控制、无差拍控制、模糊控制等。对于高性能的逆变电源的设计，模糊控制器有着以下优点：

1）模糊控制器的设计过程中不需要被控对象的精确数学模型，模糊控制器有着较强的鲁棒性和自适应性；

2）查找模糊控制表只须占用处理器很少的时间，因而可以采用较高采样率来补偿模糊规则和实际经验的偏差。

2 系统概述

2.1 系统特性

1）基于DSP56F805全数字化设计，控制元器件少，可靠性高，稳定度高；

2）高可靠性SPWM设计；

3）采用CAN总线技术，并机安装方便；

4）可实现N＋1逆变单元并联扩容；

5）各逆变单元独立工作，民主均流；

6）采用独特调控原理，“均流不平衡度”≤2％；

7）可带电热更换，操作维护方便；

8）输出电压精度高，为220(1±1％)V；

9）输出频率精度高，为50±0.001Hz；

10）全LCD数字显示、测量，菜单控制操作，便于对系统状态进行在线实时监测；

11）智能化控制，RS-232标准接口，可方便实现本地和远程集中监控管理；

12）保护功能全，具有直流输