学术︱分布式输入串联输出并联逆变器系统的复合式控制策略
南京航空航天大学江苏省新能源发电与电能变换重点实验室的研究人员方天治、王健、阮新波，在2015年第22期《电工技术学报》上撰文指出，输入串联输出并联逆变器系统适于高压直流输入、大电流交流输出的应用场合。为实现该系统的控制目标——输入均压和输出均流，提出了复合式控制的两种具体实现方案——输入均压/输出电感电流同相位控制和输入均压/输出电感电流同幅值控制。
为实现系统的完全模块化，提出了一种新的分布式架构，各模块间仅通过输出电压基准同步母线、输入均压母线和平均电流母线进行相互通信。研制了样机，仿真和实验结果验证了所提方案的正确性与有效性。
电力电子技术近30年来得到了越来越广泛的应用，包括在高压直流输入的场合。例如城市轨道交通车辆的受流器从架空接触网或第三轨接收直流电压，其供电电网有750V和1 500V两种直流体制，对应的电压允许变化范围分别为500-900V和1000-1 800V[1]；船舶供电系统中电源电压有的采用直流850-1250V[2]；高速电气铁路中直流母线电压高达2 160～2 600V[3]，有的场合甚至可能更高。如此高的输入电压幅值，对上述电气系统中的逆变电源器件的选取提出了挑战。
将多个标准化模块进行串联/并联，可灵活地得到适应需求的功率变换系统[4-8]。其中，输入串联型逆变器系统（输出可串联或并联）非常适于上述城市轨道交通、船舶和高速电气铁路等电气系统中的逆变电源，其优点如下：降低了单模块开关器件的电压应力，便于选择合适的开关器件；降低了单模块的功率等级，大大缩短研发周期并且易于模块化[9-14]。
输入串联输出并联（Input-Series-Output-Parallel，ISOP）逆变器系统[11-14]特别适于高压直流输入、大电流交流输出的应用场合，该系统的关键问题是保证各模块输入均压（Input Voltage Sharing，IVS）和输出均流（Output Current Sharing，OCS）。
由于ISOP逆变器系统输出是交流量，故应控制各模块输出电流幅值及相位均相等，有功功率和无功功率均达到均衡，才能实现输出均流。针对该系统，文献[12-14]提出了三环（输入均压环、输出电压环、各模块电流内环）控制方案。
其中，文献[12,14]所提方案为集中式控制，而文献[13]所提方案仅对系统输入端的均压调节实现其自动主从式控制。这些方案没有实现输入输出端的全面分布式控制和完全模块化。
本文针对ISOP逆变器系统，首先阐述其复合式控制思想，即在控制输入均压的同时保持各模块输出电感电流相位或幅值相同，以实现输入输出功率平衡。进一步地，在采用输入均压环的同时引入乘法器或等幅值移相单元，最终实现输入均压和输出均流。
此外，本文还提出一种分布式架构，各模块均有一套独立的控制电路，模块间通过输出电压基准同步母线、输入均压母线和平均电流母线相互通信，实现各模块的完全对等，即真正模块化。
图1 ISOP逆变器系统原理框图
结论
（1）为解决输入串联输出并联逆变器系统输入电压和输出电流均衡的问题，本文根据复合式控制思路提出了两种具体的实现方案——输入均压结合输出同相位控制和输入均压结合输出同幅值控制。前一种控制方案中各模块的输入均压环根据自身输入电压与平均输入电压的压差，调节各自电感电流的幅值进而调节各逆变器输出有功功率以实现输入均压，在此基础上辅以输出同相位环节保证各逆变器模块输出电感电流相位相同，从而同时实现各模块输出均流；而后一种控制方案中各模块的输入均压环根据自身输入电压与平均输入电压的压差，调节各自电感电流的相位进而调节各逆变器输出有功功率以实现输入均压，在此基础上辅以输出同幅值环节保证各逆变器模块输出电感电流幅值相同，从而同时实现各模块输出均流。
（2）提出了一种新的分布式架构，即系统中各模块仅通过输出电压基准同步母线、输入电压母线和平均电流母线进行通信，可实现输入、输出端的全面分布式控制和完全模块化。
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