工程科学与技术，国际期刊28（2022）101025完整文章采用下垂控制器Ravi Kumar Guptaa， N.K.，Vishnu Mohan Mishrab，SinghCa电气&电子工程系，Pranveer理工学院，坎普尔209305，UP，印度b电气工程系，G。B. Pant EngineeringCollege，Pauli-Garhwal 246194，Uttarakhand，IndiacInstitute of Technology &Management，Gorakhpur273209，UP，India阿提奇莱因福奥文章历史记录：收到2020年2021年2月18日修订2021年6月9日接受2021年6月26日在线提供保留字：分布式发电并联运行MATLAB Simulink不间断电源A B S T R A C T本文提出了一种消除直流-交流环流的逆变器并联控制策略。本文还分析了由于逆变器输出电压幅值的差异、逆变器输出电压的相位差以及逆变器输出电压中存在的直流偏移量的由于直流偏置电压和交流输出电压的波动，逆变器之间存在环流该策略使用基波电压和相位下垂方案来允许逆变器共享它们的负载电流，并且使用DC偏移下垂方案来消除DC环流。电流的AC分量被分为两部分，即，电流Ip的有功分量和电流Iq的无功分量。交流电流的这两个分量用于消除交流环流。通过MATLAB仿真验证了该控制策略的有效性，得到了满意的结果.©2021 Karabuk University. Elsevier B.V.的出版服务。这是CCBY-NC-ND许可证（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍目前，工业和商业消费者对电能的需求迅速增长，通过广泛安装分布式发电（DG）和可再生能源，如太阳能、风能、微水电、潮汐能、地热能、微型涡轮机和燃料电池，将其连接到电网，可以满足这些需求通过逆变器[1多个逆变器的并联运行提供了更高的可靠性，如果一个逆变器发生故障，则其余逆变器模块可以向关键负载提供全功率，从而实现不间断运行[5]。我们知道，不间断电源（UPS）需要驱动特别关键的负载，如计算机系统、仪器仪表厂、医疗设备、通信系统、过程控制器和数据处理系统等。然而，为了实现多个低功率电压源逆变器模块的并联操作，必须严格控制输出电压以维持相同的幅值，相位和频率，否则大的交叉电流（AC和DC）可能会损坏一个或多个并联逆变器[6]。*通讯作者：电气电子工程系，Pranveer Singh技术学院，坎普尔坎普尔-阿格拉-德里国家公路- 2，Bhauti，坎普尔，北方邦209305印度。电子邮件地址：ravi577621@gmail.com（R. KumarGupta）。由Karabuk大学负责进行同行审查。本文将讨论引起环流产生的各种原因。本文将研究由于逆变器输出电压的大小不等、逆变器输出电压中存在直流偏移电压以及逆变器输出电压中存在相位差而产生的环流。逆变器之间的不相等的电压幅值导致无功功率在它们之间流动。该无功功率的值高于期望的无功功率。为了调节电压幅值差，负载所需的无功功率由逆变器按q[5，9] 12.由于电压幅值的小波动，逆变器提供的无功功率将与期望值有偏差。将应用电路定律和拓扑结构来决定逆变器之间的无功功率分配及其输出电压幅度【16，20】。在有源均流/电流分配控制方案中，逆变器并联系统的下垂控制方法可以避免参考电流的传递不一致。在这种方法中，逆变器之间没有互连，可以实现无线控制.逆变器被控制的方式导致在下降之后，参考电压的幅度和频率随着负载电流的增加而增加。逆变器分担的负载与它们各自的容量成比例，当施加这些下垂时，它们允许它们这样做[9]。适当的https://doi.org/10.1016/j.jestch.2021.06.0052215-0986/©2021 Karabuk University.出版社：Elsevier B.V.这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程科学与技术国际期刊杂志主页：www.elsevier.com/locate/jestchR. Kumar Gupta，V.Mohan Mishra和N.K.辛格工程科学与技术，国际期刊28（2022）10102521/4ab.djwt�W�T --þ¼ ¼ ¼¼¼ ¼ ¼¼通过增强该技术，可以在非线性负载中实现谐波分量的共享[21]。对于分布式交流电源系统，通过改善线路阻抗对传统频率/电压下降概念中无功功率共享的影响，控制器非常适合[8]将下垂控制方法应用于微电网消弧线圈时，以及角频率wa和wb。逆变器输出电压相差相位角θ。中所示的循环电流iab当量（1）从一个逆变器流向另一个逆变器表示为[4，12]iUDUejwbt£2-Uejwat£11满足了备用松弛发生器的要求[6]。不松弛约1/4ZabZab发电机，所有发电单元平等地分担实时负载偏差，并且在任何单元故障的情况下，所有单元分担负载。另一方面，松弛发生器的使用减少了剩余时间。Z ab-两个逆变器之间互连电缆的阻抗。当量（1）可以写成由于备用发电机的故障导致微电网的故障，因此系统的能力降低因此，下垂控制在实时功率平衡中起着重要作用，而实时功率平衡是电力系统运行。IUZabUUeb2e一个100万美元的Zab ejwbt£2DU将进行进一步的研究以提高微电网中下垂控制的性能业绩计量将iab<$Zab 我只买了1英 镑。ejfwb-wat£2-£1g-1Zejwat2涉及系统稳定性、扰动后稳态功率共享和稳态频率偏差。图1所示的多个低功率电压源逆变器模块的并联操作通常被认为是提供系统冗余和高可靠性这里有一个各种因素都会影响环流，所以每一个案例都会详细分析。案例1：wa wb w;£1£2£;DU-0现在将上述值代入上述方程，环流可简化为：并可通过更换有缺陷的iDU我的天逆变器机组离线而不影响其余机组的运行，这对关键客户非常重要[1ab¼Zabeð3Þ有界下垂控制器未用于所提出的工作中，因为本工作中提出的鲁棒下垂控制器被证明可实现最鲁棒的性能，并引入了传统下垂控制器中不可用的动态电压下垂[20]。在这项工作中，鲁棒下垂控制器的实现方式，以确保控制输入保持在预定义的范围内，而不改变下垂控制器的主要概念所提出的鲁棒下垂控制器比传统的下垂控制具有优势，这是在不应用有界控制器的情况下实现的。给出了并联逆变器的等效电路该公式表示，反相器的输出电压与阻抗成反比，并且通过每个反相器的电压差具有大约90度的相位延迟。由于逆变器输出电压的幅度不同，该交流交叉电流具有无功交叉电流，并且可以通过调整每个逆变器输出电压的幅度来消除[3，6，12]。案例2：W AWBw;£1- £2D U 0现在将上述值代入上述方程，循环电流可简化为[3，4]Uejwbt£2- Uejwat£1图 其中U1和U2是两个逆变器的输出电压Z1和Z2分别是它们的输出阻抗，ZL是负载iab¼Zabð4Þ阻抗实际上，不仅U1和U2的幅度和相位不同，而且每个输出电压可能具有由传感器误差或其他不确定因素引起的2. 环流分析在实际系统中，两个并联逆变器的输出电压要么是同幅值U和角频率w或者是不同的电压幅度U，由于输出电压的相位差，该交流交叉电流具有有源交叉电流。这些交叉电流可以通过调整每个逆变器输出电压的相位情况3：电压中的直流分量由于逆变器AC输出电压的幅度和/或相位的差异，等式（5）中的环流在逆变器之间流动，并且不包含DC环流由于逆变器输出AC电压中的DC偏移电压分量而仅具有流动。由于直流偏移电压分量，循环电流可写入如下Vdc-V dciab¼BaRABð5Þ在写出电压中直流分量引起的环流方程之前，必须注意关于直流电压的一个重要点，即利用叠加定理，网络是线性的;网络可以分为交流等效网络和直流等效网络。在直流等效网络中，电压的直流分量在稳态期间仅受电缆电阻的限制，因为电缆的电感不起作用[6考虑到直流分量，环流可重新编写如下U·J·W·TJ W TUJ WTVdc-Vdciab¼.eb£2-ea£1Deb£2bað6ÞFig. 1. 并联逆变器模块的等效电路。方程（6）中的最后一项是循环电流，表示两个并联逆变器之间的直流交叉电流分量[7]。直流分量ZabZabRABABR. Kumar Gupta，V.Mohan Mishra和N.K.辛格工程科学与技术，国际期刊28（2022）1010253¼¼¼ð Þð ÞIb03= 2-3=2Ic可能导致循环电流中的大的DC分量。在后面的章节中，将提出一种解决方案，以消除逆变器电压中的直流分量3. 论文的重点在这里，我们使用MATLAB Simulink模型[5]模拟两个单相电压源逆变器并联连接，因此两个逆变器输出电压的幅度和相位近似相同，因此，由于零偏移直流电压，没有直流环流在实际应用中，逆变器输出两个逆变器的电压不相同，但存在差异表1图3.第三章。一种直流环流提取电路或者在两个逆变器输出电压之间存在相位差两个逆变器的输出电压之间 非 常 小 的 差 异 会 导致 非 常 大 的 直 流 环 流 ， 因 为 逆 变 器 电 阻（Ra;Rb）非常小[6，9，11，15，16]。利用环流的数学表达式[13]，对两种情况进行了详细的分析.本文将描述t1：8秒前后的直流环流的性质和大小。在情况2中，由于直流偏移电压的存在，一个非常大的直流环流流动，该直流偏移电压被引入为5V的直流误差电压E DC。 在逆变器1[1]。 从t0到 1： 8秒，两个逆变器操作没有DC补偿[8]。在t在控制器中引入了1： 8秒的直流偏置反馈以消除两个逆变器之间的偏移DC循环电流。图2示出了在t1/41： 8秒之前和之后两个逆变器中的直流环流波形：4. 控制器设计4.1. 直流环流提取直流循环电流由图3中的电路获得，该电路由低通滤波器组成，其带宽与输出电流的基频相比非常小，因此可以提取直流循环电流Idc，如图3[9]所示。直流环流提取后，乘以比例增益系数，再减去参考电压信号，得到直流失调误差信号[2]。该误差信号再次减去逆变器输出电压，并生成PI控制器的修正误差信号，以满足负载需求。Ziegler–NicholsPI控制器参数。控制器参数电压控制器电流控制器Kp0. 5 10Ki5 5见图4。基于PI控制器的常规直流环流消除方案。4.2. P-Q变换利用P-Q变换理论，可以得到一个有功电流分量Ip，和一个无功电流分量Iq，用来消除交流环流。第一，con-从单相交流I构造三相电流（I a ; I b和I c）通过图1中分别示出的120 °和240 °的延迟， 五、然后利用3-2变换从三相坐标系中得到b坐标系中的电流分量。 当前的ia和ibb可以通过使用以下公式获得。阿吉什p1-1=2-1=22ia3一1/2= 3pp64ib75锁相环[17]用于生成正弦和余弦输出电压的余弦函数，但输出电压的余弦函数已终止，因为没有使用。有功电流分量i p和无功电流分量i q可通过使用以下公式计算图二、两个逆变器中的DC循环电流波形X轴：25ms=div;Y轴：0： 5A=div.图五. 产生ip和iq的框图。R. Kumar Gupta，V.Mohan Mishra和N.K.辛格工程科学与技术，国际期刊28（2022）1010254ð Þð Þ ð Þð Þ¼¼¼你是我的朋友iq-sinwtcoswt ib利用克拉克变换将三相平衡量转换为两相平衡正交量。利用Clarke变换将三相量从三相参考系转换到两轴正交静止参考系，如图5所示。利用锁相环获得输出电压的正弦和余弦值。然后通过PQ变换得到Ip和Iq4.3. 交流电流控制方案在下垂控制方法中，电压参考信号的幅度E和相位E将遵循预定下垂特性，并且逆变器也与它们的容量和额定值成比例地共享相等的负载。上面图6所示的控制逆变器输出电压的电压和相位的跟随下降的方程被引入为[8]E¼Eo-mIq0.00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000其中，E：参考电压信号的幅度，E：参考电压信号的相位角，Eo：空载时的电压幅度，Eo：空载时的相位角，m：电压下降系数增益（m=D E/Eo），n：相位下降系数增益（n=D E/Eo）。电流-相位差p-ε和两个逆变器的特性示于图1和图2中。分别为7和8。输出参考电压的相位角的变化由输出电流的p分量控制，如图7所示，并且输出电压的幅度由输出电流的q分量确定，如图6所示。如果输出电流的Q分量改变，则输出逆变器电压的幅度与电流的P分量和相位角之间的关系类似地轻微改变。电流相位的相位差和电流相位的相位电压控制策略的目标是适当的负载电流分配逆变器之间根据其容量。为了产生参考交流电压信号，根据电压偏差特性确定下降系数m的值，其中电压的幅度变化必须在175V到162： 8V之间，电流的q分量从0A变化到 10A。类似地，下垂系数n的值是根据相位偏移特性确定的，在相位偏移特性中，随着电流的p分量从0A到10A的变化，电压信号的相位角的变化必须在0 °到18°之间。4.4. 直流电流控制方案在MATLAB仿真中，两台并联逆变器的输出电压相同，不会产生直流环流，但实际输出中存在一定的直流失调电压见图6。 下垂控制器的简单框图。见图7。电压偏差特性图8.第八条。相角下降特性。因此，直流环流是由各直流偏置电压之差引起的，直流偏置电压高的逆变器将产生正的直流环流，反之亦然。因此，Idc仅因Edc 而存在[17，19]。本文在MATLAB中对使用下垂控制器的并联逆变器进行了仿真研究，以了解为什么没有如前所述的直流偏移电压，因此在逆变器1中引入EDC5V作为直流偏移误差电压，以产生从逆变器1到逆变器2的正直流循环电流[9，19]。直流偏置反馈被引入到控制器中，以消除两个逆变器之间的偏置直流环流。这种控制方案产生了一个修改后的参考电压信号，通过增加直流I乘以增益因子（Kdc）在参考电压信号图所示。9.第九条。从t0到 1： 8s，两个逆变器都在没有直流偏移补偿的情况下工作，因为没有修改的电压信号，逆变器输出电压仅跟随参考电压信号。在t1： 8s时，采用修正的参考电压信号引入直流偏置反馈，各逆变器输出电压跟随修正的参考电压信号，以消除两逆变器之间的偏置直流环流图9[10，11，14]中可以更好地理解该方案。考虑两个并联连接的逆变器的示例，并且两个逆变器都具有不同的DC偏移电压V dco，因此正DC循环电流V dco在从具有较高DC偏移电压Vdco 1 Ω的逆变器到具有较低DC偏移电压V dco2Ω的逆变器之间流动，反之亦然。逆变器1的直流失调电压将降低V dc-I dc下垂方法，如图10和逆变器的直流偏移电压-二将增加，最终两个逆变器将具有相等的Vdc[13因此，两个逆变器将相互抵消直流环流的影响，这样，就消除了直流环流。R. Kumar Gupta，V.Mohan Mishra和N.K.辛格工程科学与技术，国际期刊28（2022）1010255见图9。并联运行控制器。见图10。 Vdc-Idc Droop方法。在Vdc-Idc下垂图10方法中，当两个逆变器将导致幅度相同但方向相反的DC偏移电压时以消除直流环流。需要注意的是，逆变器输出电压不能不受直流偏移电压的影响，其具有接近0电压的电压值[13，12，15]。5. 仿真结果提出了一种基于MATLAB Simulink的该下垂控制器的设计可消除直流环流，租金在两个逆变器之间流动本研究采用两个单相IGBT全桥逆变器，最大开关频率为5KHz，LC输出滤波器、直流偏置误差电压（Edc）和RC缓冲器用于逆变器开关器件的保护。图11示出了具有和不具有DC补偿的两个逆变器的稳态电流波形[13，15，16]。I1和I2表示逆变器1和逆变器2的输出电流。图11显示了负载电流在有控制和无控制的逆变器之间的分布。在共用控制器的作用下，两台逆变器的输出电流基本相同。在表2中，交叉电流的RMS从0.5545A变为0.1125A。两台逆变器并联系统的滤波器参数并不完全相等，但在同一负载下几乎相同。关于Fig. 9、逆变器参数值见表3。并联连接的逆变器的逆变器1参考信号和逆变器1输出电压以及逆变器2参考信号和逆变器2输出电压波形在图1A和1B中示出。 16和十七岁图图12和图13示出了并联连接的逆变器的电压和电流稳态波形。图14所示为两个逆变器共享的有功潮流波形。图15所示为负载上的总有功功率和无功功率潮流波形。在连接逆变器2的情况下，当逆变器1提供负载所需的所有功率时，根据图2评估动态性能。几乎看不到直流交叉电流。所提出的控制器实现了两个逆变器之间的稳态低环流如图所示。十一岁6. 性能比较并联逆变器控制方法已在所提出的工作与表4所示的特殊特性进行了解释。还显示了下垂控制和主动负载分配一般来说，有两组有源负载均流控制，即电流均流控制和功率均流控制。通过有源均流控制方法可以获得适当的均流和输出电压调节需要高带宽控制回路来处理当前信息，因此需要高速通信[21]。如果采用有功功率共享方案，则要求各就地控制器共享平均有功功率和平均无功功率信息。在这种情况下，低带宽通信就足够了，因为这种信号的平均值是在一个波持续时间内完成的，但谐波分量不会影响有功和无功功率[18]。因此，当共享高波峰因数非线性负载时，由于谐波功率共享不良而产生问题。输出电压参考相位信号也是有源负载共享技术所需要的。为了实现这一点，PLL电路用于同步逆变器模块。参考信号的同步通过内部振荡器信号完成。MS、3C、ALS和集中控制是四种主动负荷控制方式，集中控制方式最稳定、最简单见图11。1： 8秒X轴： 25ms=div;Y轴： 5A=div之前和之后逆变器的稳态电流波形。R. Kumar Gupta，V.Mohan Mishra和N.K.辛格工程科学与技术，国际期刊28（2022）1010256表2交叉电流的RMS值。RMS（A）无控制与对照逆变器1逆变器2逆变器1逆变器2输出电流5.0086.1177.5487.734循环电流0.55450.1125THD8.915.4318.037.73表3逆变器并联参数图15. 负载上的总有功功率和无功功率潮流波形X轴：25 ms=div;Y轴：100 W=div。见图12。负载X轴上的稳态电压波形：25ms=div;Y轴：50V=div。图十三. 负载电流波形X轴：25ms=div;Y轴： 2： 5A=div。图16.逆变器1参考信号和逆变器1输出电压X轴：25ms=div;Y轴： 50V=div。图17.逆变器2参考信号和逆变器2输出电压X轴：25 ms=div;Y轴：100 V=div。表4主动均载和Droop控制器方法的比较特点有源均流有源功率共享下垂控制器控制信号1 synch + 1CS/2 PS总线1个同步+ 2PS总线0或低BW图14. 有功潮流波形X轴：25ms=div;Y轴： 100W=div。动态快慢慢THD低低中在四个具有突出的电流共享。虽然它有缺点，如低冗余和可靠性。这样，控制器必须知道所有有源单元，以感测要提供的总负载电流因此，该控制器没有容量权衡法规/CS低低高管理分布式电源系统[21]另一方面，主从控制是一种具有更好稳定性和均流特性的方法[14]。通过应用旋转主方案，可以提高可靠性，但它导致难以管理和控制。然而，ALS控制策略提供了更好的兼容性，因为在不改变在该配置中，每个单元的控制器可以相同。因此，该方法非常适合于可扩展的工业逆变器系统。均流控制回路管理稳定性问题和瞬态问题[7]。最终，由于类似的通信方法，3C策略在逆变器之间循环交流电源时看起来很好。参数逆变器1逆变器2输入直流母线电压输出交流电压170 V113 V（RMS）172伏114 V（RMS）滤波电感滤波电容输出频率开关频率海拔494米70m f50 Hz5 kHz560m H72m f50 Hz5 kHz冗余介质介质高模块化介质介质高Harmonic/CS高低低R. Kumar Gupta，V.Mohan Mishra和N.K.辛格工程科学与技术，国际期刊28（2022）1010257根据逆变器并联模块的应用情况，可以采用集中式或分布式电压环控制结构。当使用模块化设备时，采用分布式电压回路可能是合适的，但是当使用紧凑型设备时，具有公共中心电压回路将是非常吸引人的[5，21]。ALS和3C策略可以执行这两种可能性，但集中或MS控制器不能使用分布式电压回路。另一方面，通过基于下垂的控制方法避免了关键通信链路的要求，并且为了克服它们的局限性，已经进行了一些修改但是在频率和功率共享、相位调节和电压之间总是存在交换[17，18]。这种内在的交换可以通过使用基本通信来克服，此外它还使并联逆变器模块与外部电压同步。这样，并联逆变器的输出阻抗就可以作为虚拟输出阻抗所允许的另一个控制变量由于热沼泽操作，谐波功率共享可以通过下垂技术执行[5，14，17，18]。它具有对线路阻抗不平衡的低灵敏度的附加优点。分布式逆变器系统也可以集成到复杂的分布式存储和发电系统，如微电网，由于这些性能。7. 结论本文的目的是提供一种下垂控制方法，不需要通信线来控制并联逆变器。在此，消除在逆变器之间连接5V DC电池后以高程度流动的DC环流它采用频率下垂法平均分配负载电流，并采用直流偏置下垂法消除直流环流。该控制器将输出电流分为两个不同的电流，使逆变器平均承受负载电流。同时，直流交叉电流的消除，应用直流失调电压下垂的方法。结果表明了该方法的有效性竞争利益作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，可能会影响本文报告的工作。确认作者对Vishnu Mohan Mishra和NK Singh在本文报告的工作中给予的支持和宝贵的建议和意见深表感谢。引用[1] Mai Ruikun，Liwen Lu，Yong Li，Tianren Lin and Zhengyou He，“基于互联网逆变器的IPT系统的循环电流减少策略”Energies 2017，mpdi，febuary. 2017年。[2] X. Wei，G. Zhu，J. Lu，X.徐，基于虚拟循环阻抗的多逆变器模块并联瞬时均流控制方案，IET电力电子，9（5）（2016）960-968。[3] C.T. Lee，C.C. Chu，P.T. 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