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文献综述（或调研报告）：
随着电力电子技术的不断进步和交流调速理论的发展，交流调速系统得到了越来越多的应用，逐渐取代直流调速，成为当前电力拖动控制的主要发展方向。永磁同步电机（PMSM）具有结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高、控制性能好等优点，而我国是盛产永磁材料的国家，特别是稀土永磁材料钕铁硼资源在我国非常丰富，因此永磁同步电机有很好的应用前景。
我国电动机总装机容量约5.8亿kW，消耗了全国发电量的60%~70%，其中90%都是400kW~40MW的大功率交流电动机，由于这些电动机多采用恒速拖动，浪费了大量能源，如果这些电动机都能够采用调速技术实现变速运行，将可以节省大量的能源[1]。永磁同步电机已被大量应用于中小功率的交流调速系统。而随着工业变频电机功率的增大，电机驱动器的功率需求也越来越大。然而，由于功率开关器件制造技术的限制，大功率的电机驱动器，开关损耗往往很大，开关频率不能很高，这对高速、高频电机的控制造成了困难。因此，人们基于现有的开关器件，提出了多种拓扑结构以满足大功率应用场合的需求。
为解决逆变器输出高电压问题，可采用多电平变换技术。其基本思想是按照一定的拓扑结构，将多个功率器件连接起来，输出多种电平，进而采用适当的控制逻辑，将这些电平合成阶梯波，使输出的交流电压逼近正弦波[2–4]。相比于传统的两电平变换器，多电平功率变换器降低每个功率器件承受的电压，降低对功率器件开关频率的要求，因此可用低耐压的功率器件在较低的开关频率下实现高压大容量功率变换，且其开关损耗也较低。
但在许多场合中，往往希望在低电压的情况下获得大功率的输出，此时多电平变换器则无法满足需求，因此时需要增大电流输出。由于制造技术的限制，增大单个开关管的输出电流难以实现，可采用两种方式提高变换器的输出功率。一是采用开关器件并联的方法，实现该技术的理想条件是并联的器件具有相同的导通电阻，相同的导通和截止速度等。导通电阻的差异会引起并联电阻静态电流分配的不均衡，器件导通和截止的同步性决定并联器件间的动态电流分配[5]。但实际中的开关器件很难有相同的通态电阻和导通截止速度，故该技术的实现存在困难。另一种方法是并联逆变器，使用开关频率高，损耗小的小功率逆变器并联来驱动大功率的电机。该技术的关键是使负载电流在各个逆变器上平均分配，消除各个逆变器之间的环流，较开关器件并联更易于实现。采用逆变器并联供电的永磁同步电机驱动系统能突破功率半导体器件的功率等级的限制，增加电流输出，具有较好的冗余性和容错性，增强了系统可靠性[6]。
逆变器并联运行是当今逆变技术的重要发展方向，其具体可分为两种结构，一种是直流侧单独供电或交流侧通过隔离变压器并联；另一种则是将不同逆变器的直流侧和交流测直接并联，无需隔离变压器连接逆变器交流侧输出或单独的直流电源供电，此种方法结构更简单，成本更低，但缺点是容易出现环流[6,7]。文献[8]中探讨了环流电流产生的机理，研究了基于双傅里叶变换理论的环流电流的谐波分析方法，得到了环流电流各次谐波幅值的解析表达式，为逆变器并联系统中的环流电流控制提供了理论依据。文献[9]中建立了电机电流和并联逆变器环流等效电路模型，分析了电机电流和环流的控制原理，提出了跟踪参考电流方式的主从矢量控制策略。该方法通过间接引入均流环控制，无需直接检测各逆变器环流，但电机电流和逆变器环流控制采用同一个电流调节器，会相互影响性能。合理设计调节器，使得系统在有优异的调速性能的同时也能够有效地抑制环流，是逆变器直接并联系统的关键。文献[10]中对电机电枢回路及环流回路进行了深入的研究，提出了一种通过增大环流环交接频率使得环流抑制与调速性能兼顾的方法。日本的研究者提出了一种用于并联电流控制PWM逆变器的新型控制策略，将交叉电流和零序电流平均值保持为零，获得了优异的稳态和瞬态特性[11]。
对永磁同步电机调速系统来说，电流调节器是影响系统调速性能的重要环节。传统的矢量控制中的电流环分别采用d、q两轴两个独立的控制环，受到环路间交叉耦合项、控制器离散化处理时产生的误差、数字控制系统延迟等因素的影响，其中的交叉耦合项与同步角频率成正比，使传统的线性PI调节器不能完全实现独立设计，导致交流电机控制精度受到影响[12]。实际应用中大多采用数字控制系统，传统的基于连续域设计调节器再进行离散化的方法会不可避免地引入误差，数字控制系统自带的一拍延时也会进一步降低调速系统的性能。在高基频/采样频率比的情况下，如果电流调节器设计没有正确结合控制器离散特性的影响，系统会产生高振荡或不稳定的现象[13]。现已提出多种方法以提升调速系统的性能，如对同步参考坐标系在延时中旋转所造成的输出电压误差进行补偿[14]，该补偿方法可提高电流调节器的稳定性和动态性能。文献[13]建立了高基频/采样频率比情况下考虑固有PWM延迟影响的模型，并根据该模型直接在离散域下设计复矢量调节器。文献[15]所提出的方法是复矢量电流调节器的零极点对消方法的推广，并结合并补偿了离散控制系统的控制延迟，通过添加简单的命令前馈，实现了无差拍命令跟踪响应。
我们希望逆变器输出正弦电压为永磁同步电机供电，这样可延长永磁同步电机的寿命。这可通过在逆变器输出端加LC滤波器实现，良好的滤波器能有效地抑制谐波。但加入LC滤波器后会引入另外的问题，其可能在系统谐振频率下产生不必要的振荡。对此，印度学者提出了一种简单的主动阻尼技术，用于带有LC滤波器的矢量控制电机的无损阻尼[16]。该技术适用电容电压构建补偿信号，不会影响驱动器的动态响应，也不会改变标准矢量控制环的设计，可有效降低电机端电压和线电流中的谐振频率振荡。但其不适用于逆变器开关频率非常低的场合。文献[17]提出一种将阻尼信号注入输入参考电流的方法，实现主动阻尼控制。
综上所述，逆变器的并联运行技术是电力电子和电力传动技术发展的重要方向，目前已存在不少研究。总体看来，国内外学者对于并联逆变器的研究都集中在对其环流的研究，包括对环流产生机理，环流等效电路的研究，以及环流环模型的建立。提出了多种控制策略及调节器设计方法，以兼顾环流抑制和系统调速性能。而对于数字控制系统的调节器设计，现多采用离散域下直接设计的方法，且有较多针对数字系统延时影响的补偿方法，可实现无差拍跟踪响应，以提升调速系统性能。除这些以外，合理选择滤波器参数及引入主动阻尼控制可有效减少逆变器输出谐波，对提升调速系统的稳态及动态性能有重要意义。
参考文献：
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资料编号：[177806]
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