一種新型適應“模塊化”要求的高性能逆變電源方案

本文提出了一種適應“模塊化”要求的高性能逆變電源控制方案，該方案是一種帶有輸出電壓相位控制及負載電流前饋控制的多環(huán)反饋控制方案，該控制方案已經在單相2kVA逆變電源實驗樣機上實現(xiàn)。

1 逆變電源的動態(tài)模型

圖1(a)所示為逆變電源系統(tǒng)結構圖。當逆變器的開關頻率遠大于信號波的基波頻率,并且在不出現(xiàn)過調制的情況下,對于基波及低次諧波而言,PWM逆變器可以看作是比例環(huán)節(jié),其增益為A=Ed/Ut，其中Ed為直流側電源電壓,Ut為三角波的峰值。在LC濾波器中各電量間的關系可表示為：

根據(jù)以上分析可以得出逆變電源的動態(tài)模型如圖1(b)所示，其中Δu是擾動輸入，它表示系統(tǒng)中的非理想因素的影響，這些因素包括:死區(qū)時間效應、電源電壓波動等。

2 新型逆變電源控制方案

圖2所示為一種新型的逆變電源控制方案。該方案是一種帶有輸出電壓相位控制及負載電流前饋控制的多環(huán)反饋控制方案，多環(huán)反饋控制結構包括相位環(huán)、電壓有效值環(huán)、電壓波形環(huán)以及帶負載電流前饋的濾波電感電流控制內環(huán)，用來對輸出正弦波電壓的相位、有效值、頻率、波形進行精確控制。

(1)相位環(huán)

相位環(huán)是外環(huán)，它主要包括鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器VCO、正弦波發(fā)生器等環(huán)節(jié)。它通過改變電壓瞬時值給定的頻率來調節(jié)輸出電壓的相位，對輸出電壓的相位及頻率進行精確控制。

(2)電壓有效值環(huán)

電壓有效值環(huán)是外環(huán),它通過改變電壓瞬時值給定的幅值對輸出電壓的有效值進行精確控制。電壓有效值調節(jié)器采用PI調節(jié)器可以確保在系統(tǒng)參數(shù)變化時輸出電壓的有效值是穩(wěn)態(tài)無差的。

(3)電壓波形環(huán)

電壓波形環(huán)位于電壓有效值環(huán)之內，用來對輸出電壓的波形進行實時控制,當電壓波形環(huán)調節(jié)器的增益ku足夠大時，可以確保輸出電壓波形跟蹤正弦波參考電壓，同時對濾波電容的參數(shù)變化能起到及時的補償作用。

(4)帶負載電流前饋的濾波電感電流控制內環(huán)

濾波電感電流控制環(huán)是內環(huán)，當電流調節(jié)器的增益ki足夠大時，可以確保濾波電感電流iL實時快速地跟蹤電感電流指令i*L，同時對諸如死區(qū)時間效應、電源電壓波動等包含在環(huán)內的擾動能起到及時的調節(jié)作用。限幅環(huán)節(jié)的存在使電感電流被限制在限幅值所對應的電流之內，由于流過逆變器開關器件的電流峰值和電感電流的峰值是相等的，因此，濾波電感電流內環(huán)使系統(tǒng)具有自動的截流保護功能。

負載電流前饋的引入,使得濾波電感電流指令i*L中包含負載電流的信息，當負載突變時，濾波電感電流指令i*L會出現(xiàn)相應的突變,快速的濾波電感電流控制內環(huán)使濾波電感電流iL出現(xiàn)相應的突變，由于濾波電容電流iC等于濾波電感電流iL減去負載電流io，所以濾波電容電流iC基本上不受負載突變的影響。因此，負載電流前饋的引入使系統(tǒng)對負載的變化有及時的調節(jié)能力，使系統(tǒng)的動態(tài)響應特性、抗擾性以及對非線性負載的適應性大大提高。3 實驗結果