以諧波補(bǔ)償為基礎(chǔ)的逆變器波形控制技術(shù)研究

摘要：介紹了一種基于諧波補(bǔ)償的逆變器波形控制技術(shù)，分析了系統(tǒng)的工作原理，詳細(xì)探討了控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)方法，并得出了試驗(yàn)結(jié)果。

關(guān)鍵詞：諧波補(bǔ)償；逆變器；波形控制

0 引言

逆變器是一種重要的DC/AC變換裝置。衡量其性能的一個(gè)重要指標(biāo)是輸出電壓波形質(zhì)量，一個(gè)好的逆變器，它的輸出電壓波形應(yīng)該盡量接近正弦，總諧波畸變率（THD）應(yīng)該盡量小。在實(shí)際應(yīng)用中逆變器經(jīng)常需要接整流型負(fù)載，在這種情況下僅僅采用SPWM調(diào)制技術(shù)的逆變器，其輸出電壓波形就會(huì)產(chǎn)生很大的畸變。

為了得到THD小的輸出電壓，波形控制技術(shù)近年來(lái)得到了極大的發(fā)展。重復(fù)控制是近年來(lái)研究得比較多的一種控制方案。本文從諧波補(bǔ)償的角度出發(fā)，采用改進(jìn)型FFT算法對(duì)輸出電壓誤差信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)頻譜分析，把由軟件算法產(chǎn)生的經(jīng)過(guò)預(yù)畸變的諧波信號(hào)注入逆變器，由此達(dá)到抑制非線性擾動(dòng)從而校正輸出電壓波形的目的。

1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理分析

圖1為控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。G₁(s)表示控制對(duì)象，在這里就是輸出LC濾波器的傳遞函數(shù)，其離散化形式由G₁(z)表示。G₂(z)表示內(nèi)部模型，它與G₁(z)相等。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

1.1 擾動(dòng)抑制原理

考慮擾動(dòng)信號(hào)d(z)在輸出點(diǎn)的響應(yīng)。由圖1可以很容易得到擾動(dòng)信號(hào)的傳函

H_d(z)=1－ (1)

由于G₁(z)=G₂(z)，故H_d(z)可簡(jiǎn)化為

H_d(z)=1－G_c(z)G₁(z) (2)

顯然，只要G_c(z)=G₁－1(z)，則H_d(z)=0，即擾動(dòng)可以得到完全的抑制。

不幸的是，實(shí)際逆變器的z域傳遞函數(shù)含有一個(gè)純延時(shí)環(huán)節(jié)，這就意味著諧波補(bǔ)償器G_c(z)必須含有一個(gè)超前環(huán)節(jié)，這在物理上是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。但在實(shí)際應(yīng)用中我們只須抑制低次諧波就可以獲得較好的輸出電壓波形，所以，只需要使諧波補(bǔ)償器低頻段頻率特性是控制對(duì)象G₁(s)低頻段頻率特性的逆就可以了。而這是很容易做到的，本文把這種低頻段頻率特性意義上的逆稱(chēng)為“等效逆”。

1.2 內(nèi)部模型

內(nèi)部模型G₂(z)就等于G₁(s)的離散化形式G₁(z)，它的作用就是模擬控制對(duì)象的特性，作為參考信號(hào)源。在實(shí)際系統(tǒng)中，內(nèi)部模型作為整個(gè)數(shù)字控制系統(tǒng)的一部分，由DSP軟件算法實(shí)現(xiàn)。

1.3 諧波補(bǔ)償器

諧波補(bǔ)償器由FFT和諧波發(fā)生器組成。FFT算法對(duì)輸出電壓誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)頻譜分析，因?yàn)?，逆變器接整流型?fù)載，其輸出電壓畸變主要是由于在輸出端疊加了次數(shù)較低的奇次諧波，所以，只須分析出1，3，5，7，9次諧波的幅值和初相位就可以滿足要求。

設(shè)x(n)為N點(diǎn)有限長(zhǎng)序列，其FFT為

X(k)=x(n) （3）