Title

逆变器并联时的环流是否只出现于空载的情况,下垂控制只能够抑制空载时候的环流?

2183次浏览

问题描述

通常多逆变器并联需要采用下垂控制抑制环流。所谓环流的定义是指电源输出的的电压幅值和相位不同就会在电源之间循环流动的电流。在两逆变器并联且空载的时候,采用下垂控制,各个逆变器根据输出的有功功率和无功功率调节其输出的相角和幅值,最终使得两逆变器输出的电压幅值和相角相同,达到最小环流点,达到了抑制环流的目的。那么带负载的时候,两个逆变器均有向负载流动的电流,在电源之间并没有循环流动的电流,是不是逆变器带负载的时候并不存在环流这一说法?若考虑线路阻抗,在逆变器的设定的输出电压幅值和频率值相同,采用相同的下垂系数,在系统稳定后,到负载线路阻抗大的逆变器输出电压肯定高于另一逆变器输出电压,两逆变器之间是否存在无功环流呢?

头像

真的还有好多事没做·160.00

2017-07-01 10:39:20提问

请您登录后进行评论!

分数   时间  

全部答案 17

2
已采纳

已采纳

并联逆变器功率分配方向博士生


同意上面几位老师和专家的观点,通常我们用几个同功率等级的逆变器并联,希望每个逆变器平均出力来供给负载。如果功率分配不均(有的输出功率大,有的输出功率小)则会导致输出电流大小不一致,即可等效视位环路见存在环流。因此为了消除环流,我们要做的就是确保带负载情况下各并联逆变器输出的有功功率和无功功率都相同


根据经典下垂控制理论, 有功功率的均分比较容易实现:

wi=wref-mP

其中wi为各个电压源逆变器输出电压的频率,wref为额定频率,m为下垂系数,P为各个逆变器输出的有功功率。

由于在稳定状态时,整个电网的频率是一样的,wi一致,所以如果每个逆变器的下垂系数m一样的话,有功功率就可以被精确均分,有功环流被消除。


但是无功功率的均分不太容易被实现:

Ei=Eref-nQ

其中Ei为各个逆变器输出的电压幅值,n为下垂系数,Q为各个逆变器输出的无功功率。

在稳定状态,系统各点的电压Ei也不尽相同。因此就算每个逆变器的n一样,分配的无功功率也存在差异。有无功环流存在。而且一般线路阻抗差异的越大,无功环流也越大。


可以采用虚拟阻抗来解决无功环流分配不均匀的问题, 参考Jopsep. M. Guerrero老师的文章。

评论 (0)条评论
头像555

  yang·10.00

2017-07-14 12:00:10回答

2

环流这个概念应该要有限定使用范围,个人觉得环流概念适用于并联ups,距离较近的逆变器并联。对于距离较远的两台逆变器,距离远的输送功率小,距离近的输送功率大,就算存在环流,但从功率损耗的角度考虑也是适当的。 下垂控制是功率的调节措施,当逆变器的输出阻抗呈感性或阻性时,下垂控制可以帮助抑制部分基波域环流。但下垂控制仍然存在一定缺陷,首先下垂控制一般只作用于基波域,无法完全消除基波环流,对谐波域的环流无抑制作用。其次,使用下垂控制需要提前获知逆变器的输出阻抗的阻抗与感抗比值,对于某些输出阻抗复杂的逆变器并联,使用下垂控制有可能使环流增大。

评论 (0)条评论
头像

  大关·0.00

2017-07-14 11:58:56回答

2

我同意熊老师的意见,其实无功均流在某些电源分布位置不同时其意义并不大,因为就是需要无功不同来保证处于不同位置的电压幅值保持抑制。还有环流的概念,我觉得用在下垂控制里面并不十分恰当。用同等功率等级的逆变器电流是否均分可能更加确切。一般英文文献里面是current sharing,而不提current circling。

评论 (1)条评论
头像555

  Frances·0.00

2017-07-14 09:16:33回答

我也非常同意熊老师的意见,另外大家都在用环流的概念,其实大部分人都误用这个概念了,current sharing和current circling是完全不同的概念。。找到知音了啊  敏敏 2017-07-14 11:22:23

2

  题主,现在很多人都在研究变流器的环流问题,但并没有多少人真的搞清楚了什么叫做环流,环流到底有什么不好。电力电子中的环流最早源于并联UPS,从这开始就积攒了不少认识上的问题,让无数研究生陷入了迷茫。在这里以两台UPS并联为例来看看大家对环流的认识。

 图片1.png

图1 UPS并机环流自调整原理图

  一般的理解是:当两台UPS并联时,两台UPS的输出电压不会完全相等,即图1中的E1≠E2,由于差值DE(= E1- E2)的存在,两台UPS在线负载提供负载电流的同时,他们之间还会有一个很大的环流IL附加上去,如图中点划线所示,就会将UPS烧毁。出于此担心,用户提出这样的询问是正常的。岂不知这当中存在着一定的误解,下面就环流与回路电流的细微区别进行讨论。


  在人们的心目中环流是一种非常大的对负载无益而对电路有害的电流,所谓环流就是在一个闭环电路中,电流周而复始的转圈。一般负载电流则不同,负载电流虽然也是形成回路的一种环流,但它的电流是由电动势的正极流出而中止于负极,看起来也是构成了一个环路,而且这个电流是负载所要求的,因此对负载是有用的。

由于上述的细微区别,在产生的机制上就有所不同,形成环流必须有两个电动势,在这一点上的认识是一致的,认识不一致的地方在于:一个认为只要电路中同时在几个电动势就会有环流;一个认为只有几个电动势串联占优势时,才会形成环流。所谓优势是指在一个电路中同时存在几个电动势的情况下,而串联的数量和电压都占优势时的概念。这里以两个电动势为例。

图片2.png 

图2 环流与负载电流的区别

  从该图中可以看出,两个电动势是串联关系,电流从一个电动势的正极出发到达另一个电动势的负极,而且两个电动势又互为负载,其环流IL的大小为:IL=(E1+E2)/(r1+ r2)。图2(b)所表示的是两个电动势并联的电路。但两个电动势E1≠E2,并假设E1>E2时,也会出现类似环流的情况,这时的电流大小为IR=(E1-E2)/(r1+ r2)。

  由于UPS的输出电压设定后一般就不会自动更改了,而且逆变器功率管一般也不会使电流倒灌,最多就是不输出电流而保持空载电压就是了。因此电压高的那一个(如E1)就把另一个(如E2)当成了负载。需指出的是,在UPS并联系统中,为了电流的均分,其各自的电动势电压调试的非常接近,一般都很难分辨高低。在这个前提下谈“环流”问题就有实际意义了。当系统并联调试完毕后,空载加电时由于细小的电压差而形成了所谓环流,比如由于E2是空载,电压肯定是额定值,这时在并联回路中流动的只是IR,这个电流与电路中的沿路电阻会形成压降,这个压降会把二者的差压DU补偿掉。当然会有这种情况出现:即,是由于这个“环流”将二者的差压DU补偿掉的,是不是补偿掉以后就没电流了?不是的,如果电流IR没有了就又会出现压差,因此这个电流值会保持在一定的平衡值,使回路达到动态平衡。这个电流值是可以测量出来的,如图1中的两个电流传感器就可测量,而且在空载时的两个电流值应该相等而方向相反。


  并联UPS系统加载时的“环流”情况不少用户就怕负载电流再加上环流而形成损坏机器的强大电流,因而就将这项指标作为衡量UPS性能好坏的重要指标提出来,甚至有的还写入标书。实际情况到底如何?利用图3来进行说明。

图片3.png 

图3 并联UPS系统电流流向图

  可以看出,这个并联UPS冗余系统向同一个负载供电,按照冗余并联UPS系统的一般性能应该是负载均分。而均分的根据就是不但两台UPS输出的电动势电压相等,而且他们的等效内阻抗也应该相等,即r1=r2。只有这样才可以保证送到负载端的两个电压值相等。即负载端的电压值UR=E1-I1R1=E2-I2R2  

  从上式中可以看出,一个方程中有两个变量:E和r,所以UR很好保证。由于上面的条件:并联UPS系统中各自的电动势电压调试的非常接近,一般都很难分辨。像这样一点小小的差别,当加负载时,数值可观的负载电流在流过内部等效电阻时,到负载端的电压已得到调整。比如一个20A的负载,由于E1电压较高开始瞬间送给负载11A,E2送给负载9A,当r1=r2时,流过11A的压降就比流过9A电流的压降大,所以送到负载端的电压就被降低了一点,由于电压的降低也使电流减小了一点。由于E1送到负载端电压的降低,就使得E2送出的电流增加到10A,使二者达到了平衡。另一方面,在同一条线路上不能同时有两个方向的电流通过,就是说只要两台UPS都向负载输出电流,这个系统就不会有环流发生。因为环流始终是向着同一个方向流动的,一个电源的电流向外流(如E1),另一个的电流就必须向内流(如E2),如图3(b)所示。既然电流向着电源E2的方向流动,就说明E2没有输出电流;反之,只要有向负载端流的正向电流,就不会有反向的环流发生。


从上面的讨论可以看出以下几点:

1、环流具有自平衡能力;

2、环流主要出现在空载状态,而且环流值不会太大;

3、环流值的大小取决于安装时的调试情况;

4、一般加负荷时无环流,即只要所有UPS都有输出电流时,就不会有环流。

评论 (1)条评论
头像555

  Tesla有点爱迪生·150.00

2017-07-09 10:33:54回答

现在很多人都在研究变流器的环流问题,但并没有多少人真的搞清楚了什么叫做环流,环流到底有什么不好。  敏敏 2017-07-14 11:23:14

1
已采纳

已采纳

环流产生的直接原因是各台逆变器输出电压 有差,包括幅值有差、相角有差、输出波形有差等。并不是只出现于空载的情况。

下垂控制算法,并不一定是在空载使用,在负荷变化时,它通过逆变器输出端电压粗调环节和微调环节的配合来调节其输出电压,实现负荷功率在并联逆变器之间的平均分配。保证了负荷处优质的电能质量。同时环流也有所减小,系统的稳态性能和动态性能都得到了改善。

blob.png

blob.png

评论 (0)条评论
头像

  少年郎的足迹、、、·0.00

2017-07-04 12:24:43回答

2

环流跟带不带负载没有关系,都会存在,下垂控制根据负载的有功功率和无功功率来调节,输出相应的幅值和频率作为给定值,在线路阻抗不一致的时候,有功功率是可以均分的,无功功率是无法均分的,不知道有什么好的办法实现无功功率均分。

评论 (0)条评论
头像

  zhangting·100.00

2017-07-03 09:34:41回答

6
已采纳

已采纳

假设逆变器1和逆变器2并联向负载供电,那么负载电流

iload=i1+12(此处物理量均为向量,文字编辑原因,就不用专门的向量表述了)

同时,我们知道由于线路阻抗参数的差异,i1≠i2,令

ih=i1-i2,那么

i1=(iload+ih)/2

i2=(iload-ih)/2

可以看出,逆变器输出的电流包含了两部分,一部分流向负载,一部分在逆变器间流动。那么楼主的第一个问题就可以解释了,即两台逆变器间存在环流,但是这个环流不经过负载,仅在逆变器间流动,所以丛形式上看iload还是等于i1+12

第二个问题,此时逆变器间存在无功环流。由于下垂控制有功均衡,此时的ih主要是由逆变器间的无功电流差异引起。注意ih是交流量,即半个周期环流由逆变器1流向逆变器2,另半个周期由2流向1。

希望能帮到题主

评论 (6)条评论
头像555

  朱一昕·100.00

2017-07-01 13:59:53回答

我想问一下有什么好的方法可以解决无功环流的问题呢,我做的验证是下垂控制可以均分有功功率,无功功率不能均分,即存在无功环流。  zhangting 2017-07-03 09:39:41

朱老师我再想问一个问题:环流的本质是由于逆变器输出的电压有差异造成了电流在电源之间产流动,那么环流的表达式应该是ih=(V1-V2)/(Z1+Z2),我看见很多文献上定义环流的表达式为ih=(i1-i2)/2,这个表达式只是在Z1=Z2的情况下成立,若Z1和Z2不相等,那么ih=(i1-i2)/2应该是不成立的。我的理解应该是对的吧?  真的还有好多事没做 2017-07-07 11:26:14

在我看来,你这种说法不太对哟,环流并不是真是存在的电流,只是我们看问题的一种视角而已。真实存在的就是支路电流,传感器能够测量的就是这个电流。所以按照朱老师这种方式定义是可以的,你这种定义方式也是可以的。定义方式不一样,结果就不一样。根据我看文献的情况来说,你这种定义方式更主流一些,因为这种方式就把两边电源输出的电流看成了两部分,一部分是负载电流,另一部分是环流ih;而朱老师这种定义方式则表明每个电源除了贡献负载电流以外还贡献了一半的环流ih/2,那另一半呢?环流到底是谁产生的呢?其实只是定义方式不同罢了,这个时候你可以把ih/2当做真正的环流部分。  123 2017-07-07 15:34:48

另外,我本人其实不太支持把供电电流进行均分(i1=i2),甚至这种均分负载电流的做法是不合理的。然而这就是学术界目前的主流做法,我不太敢出来反对,哈哈哈  123 2017-07-07 15:35:54

我也觉得这种做法不太合理  敏敏 2017-07-14 11:19:27

朱老师是功率均分控制方面的权威,你可以查一下他发表的学术论文  敏敏 2017-07-14 11:20:07

9 条记录 1/2 页 12 下一页
Document