基于分段前饋補(bǔ)償?shù)姆醇な讲⒕W(wǎng)逆變器控制策略

姚福林 程章格 胡永貴

摘？要：在現(xiàn)有的反激式DC-AC逆變器研究中，反激式DC-AC逆變器控制系統(tǒng)提出的前饋補(bǔ)償方案均基于理想狀態(tài)，即均假設(shè)逆變器在每個電網(wǎng)周期內(nèi)任意相位角均運行于連續(xù)導(dǎo)電模式。但是在實際運行中，逆變器在電網(wǎng)周期內(nèi)可能工作于斷續(xù)或連續(xù)導(dǎo)電雙模式。本文提出了一種按斷續(xù)導(dǎo)電模式、連續(xù)導(dǎo)電模式分區(qū)間進(jìn)行前饋補(bǔ)償?shù)姆椒?，通過理論計算推導(dǎo)了斷續(xù)和連續(xù)工作的臨界點，推導(dǎo)出輸出功率為唯一自變量的分段前饋補(bǔ)償表達(dá)式，并通過仿真證明了本文提出補(bǔ)償方法的有效性。

關(guān)鍵詞：連續(xù)導(dǎo)電模式；斷續(xù)導(dǎo)電模式；分段前饋補(bǔ)償；反激式；逆變器

0 引言

逆變器根據(jù)其電感電流狀態(tài)可分為：連續(xù)導(dǎo)電模式（Continuous Conduction Mode，CCM）[1]、臨界導(dǎo)電模式（Boundary Conduction Mode，BCM）[2]以及斷續(xù)導(dǎo)電模式（Discontinuous Conduction Mode，DCM）[3]。在現(xiàn)有的反激式DC-AC逆變器研究中，反激式DC-AC逆變器閉環(huán)控制系統(tǒng)提出的前饋補(bǔ)償方案均基于理想狀態(tài)，即均假設(shè)逆變器在每個電網(wǎng)周期內(nèi)任意相位角均運行于連續(xù)導(dǎo)電模式[4]。但是在實際運行中，逆變器在電網(wǎng)周期內(nèi)可能工作于斷續(xù)或連續(xù)導(dǎo)電雙模式[5-7]。本文提出了一種按斷續(xù)導(dǎo)電模式、連續(xù)導(dǎo)電模式分區(qū)間進(jìn)行前饋補(bǔ)償?shù)姆椒?，通過理論計算推導(dǎo)了斷續(xù)和連續(xù)工作的臨界點，推導(dǎo)出輸出功率為唯一自變量的分段前饋補(bǔ)償表達(dá)式，從而實現(xiàn)根據(jù)工作模式分段進(jìn)行前饋補(bǔ)償。然后通過仿真對本文所提出補(bǔ)償方法進(jìn)行驗證。對比不同輸出功率時的電流波形可以發(fā)現(xiàn)，本文所提出的分段前饋補(bǔ)償算法在全功率范圍對并網(wǎng)電流諧波畸變率均有較好的改善效果，在中小功率輸出時具備顯著改善效果。

1 反激式DC-AC逆變器分段前饋補(bǔ)償控制算法設(shè)計

圖1所示為連續(xù)導(dǎo)電模式的反激式DC-AC逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。可以看出，連續(xù)導(dǎo)電模式的反激式DC-AC逆變器中關(guān)鍵元器件包括：輸入電容Cin，變壓器TR，主功率MOSFET Sp以及整流二極管D。

2 仿真分析

根據(jù)第1節(jié)中設(shè)計的反激式DC-AC逆變器分段前饋補(bǔ)償控制算法，基于MATLAB/Simuink仿真平臺進(jìn)行仿真分析，對比不同功率分段前饋補(bǔ)償前后的輸出電流波形，使用MATLAB/Simuink中的FFT分析工具對輸出電流波形進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)，采用分段補(bǔ)償后，在相同的PI控制器下，輸出電流總諧波畸變率顯著降低，中小功率改善尤為明顯。

圖5所示為輸出功率50 W時分段前饋補(bǔ)償前后電流對比。在使用分段前饋補(bǔ)償方法之前，并網(wǎng)電流THD為20.75%；使用分段前饋補(bǔ)償方法后，并網(wǎng)THD為2.43%。

圖6所示為輸出功率100 W時分段前饋補(bǔ)償前后輸出電流對比。使用分段補(bǔ)償控制方法之前，輸出電流THD為16.73%；使用分段補(bǔ)償?shù)母倪M(jìn)方法后，輸出電流THD為2.27%。

圖6為輸出功率100 W時分段前饋補(bǔ)償前后的電感電流波形對比。

圖8所示為輸出功率150 W時分段前饋控制前后并網(wǎng)電流對比。在使用分段前饋補(bǔ)償方法之前，輸出電流THD為5.98%；使用分段前饋補(bǔ)償?shù)母倪M(jìn)方法后，輸出電流THD為2.50%。

圖9為輸出250 W時扥段前饋補(bǔ)償前后輸出電流對比。在使用分段前饋補(bǔ)償方法之前，輸出電流THD為3.16%；在使用分段前饋補(bǔ)償方法之后，輸出電流THD為2.81%。

對比圖5～圖9發(fā)現(xiàn)，仿真結(jié)果與本文計算推導(dǎo)結(jié)論相符，分段前饋補(bǔ)償控制算法對提高輸出電流的THD有顯著效果。

3 結(jié)束語

本文提出按斷續(xù)導(dǎo)電模式、連續(xù)導(dǎo)電模式工作區(qū)間分段進(jìn)行前饋補(bǔ)償?shù)姆椒?，計算了工作模式切換點，推導(dǎo)出了與輸出功率相關(guān)的分段前饋補(bǔ)償表達(dá)式，提出了按工作模式進(jìn)行分段前饋補(bǔ)償?shù)目刂品椒?。最后通過仿真驗證了本文提出的分段前饋補(bǔ)償算法在全功率范圍對輸出電流THD均具有較好的改善效果，對中小功率輸出的電流改善效果尤為顯著。

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