PET二次侧电压的频率、幅值和相位取决于逆变器的PWM脉冲的正弦调制信号,正弦调制信号的特征与频率给定值f0、相位给定值ρ0和幅值给定值有关。取f0=50Hz以保证额定频率。ρ0对应于有功负荷P0时的电压初相角(一般取为0,引入有功补偿系数Kp>0),则可形成有功调差特性
ρ=ρ0-KpP (1)
U0对应于无功负荷Q=0时的电压幅值,引入无功补偿系数KQ>0,则可形成无功调差特性
U=U0-KQQ (2)
对并联运行的各PET,ρ0和U0的值应相同,由于引入有功和无功补偿,当负荷变动时,并联运行的各PET将自动调节其输出电压的相位角和幅值,自动实现变压器间的功率稳定分配;为按变压器容量大小合理分配负荷,各PET以自身容量为基准的Kp和KQ的标幺值应该相等,一般取0.01~0.05。
文献[2,8]提出采用频率调差特性进行并联PET以及逆变电源的有功功率分配。显然,在这种控制方式下,不同负荷时供电频率不能保持为50Hz;而若为了保证频率质量,频率调差系数取值必须很小,这又不利于稳定分配并联PET间的有功负载。与其不同,本文采用的初相角调差特性,即可保持 恒频供电,又可根据需要选合理的调差系数,实现有功负荷的稳定合理分配。参与并联的各PET的输出电压频率必须都等于50Hz才能保证正常运行。在图3中,由于对频率采用闭环PI控制,可以做到这一点。
并联运行PET的参数可能不完全一致,最常见的是限流电抗器或连接线电感参数不同。图3中的电压测量点特意设置于公共母线,即使对于PET参数不一致的情况,也可以保证并联PET间的功率稳定合理分配。如电压测量点位于各PET输出端,则不能保证这一点[3]。
3 仿真分析
本文利用Matlab6.5/Simulink搭建了仿真模型,对两台同参数PET的并联运行进行了仿真。系统主要参数为:PET额定容量10kVA,额定电压240/110V;PET2额定容量10kVA,额定电压240/110V系统频率50Hz,高频变压器频率1000Hz,IGBT开关频率9000Hz;KP、KQ硒均取标幺值0.01,频率给定值f0取50Hz,相位给定值ρ0取0,幅值给定值U0取标幺值为1.0。
3.1 两台PET同时投入并联运行(情况1)
1.0s时,两台PET在低压侧由空载投入并联运行,承担功率因数为0.8的综合性负载。有关变量波形如图4-图6所示。由图可以看出,两台PET对应变量的波形一致。并联运行后所承担的负载电流相等,实现了均流控制以及有功、无功负荷的稳定分配,且频率保持恒定值不变。