基于分段前饋補償的反激式并網逆變器控制策略

姚福林 程章格 胡永貴

摘？要：在現有的反激式DC-AC逆變器研究中，反激式DC-AC逆變器控制系統提出的前饋補償方案均基于理想狀態，即均假設逆變器在每個電網周期內任意相位角均運行于連續導電模式。但是在實際運行中，逆變器在電網周期內可能工作于斷續或連續導電雙模式。本文提出了一種按斷續導電模式、連續導電模式分區間進行前饋補償的方法，通過理論計算推導了斷續和連續工作的臨界點，推導出輸出功率為唯一自變量的分段前饋補償表達式，并通過仿真證明了本文提出補償方法的有效性。

關鍵詞：連續導電模式；斷續導電模式；分段前饋補償；反激式；逆變器

0 引言

逆變器根據其電感電流狀態可分為：連續導電模式（Continuous Conduction Mode，CCM）[1]、臨界導電模式（Boundary Conduction Mode，BCM）[2]以及斷續導電模式（Discontinuous Conduction Mode，DCM）[3]。在現有的反激式DC-AC逆變器研究中，反激式DC-AC逆變器閉環控制系統提出的前饋補償方案均基于理想狀態，即均假設逆變器在每個電網周期內任意相位角均運行于連續導電模式[4]。但是在實際運行中，逆變器在電網周期內可能工作于斷續或連續導電雙模式[5-7]。本文提出了一種按斷續導電模式、連續導電模式分區間進行前饋補償的方法，通過理論計算推導了斷續和連續工作的臨界點，推導出輸出功率為唯一自變量的分段前饋補償表達式，從而實現根據工作模式分段進行前饋補償。然后通過仿真對本文所提出補償方法進行驗證。對比不同輸出功率時的電流波形可以發現，本文所提出的分段前饋補償算法在全功率范圍對并網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逆變器分段前饋補償控制算法設計

圖1所示為連續導電模式的反激式DC-AC逆變器拓撲結構圖。可以看出，連續導電模式的反激式DC-AC逆變器中關鍵元器件包括：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

根據第1節中設計的反激式DC-AC逆變器分段前饋補償控制算法，基于MATLAB/Simuink仿真平臺進行仿真分析，對比不同功率分段前饋補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行分析，可以發現，采用分段補償后，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時分段前饋補償前后電流對比。在使用分段前饋補償方法之前，并網電流THD為20.75%；使用分段前饋補償方法后，并網THD為2.43%。

圖6所示為輸出功率100 W時分段前饋補償前后輸出電流對比。使用分段補償控制方法之前，輸出電流THD為16.73%；使用分段補償的改進方法后，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電流對比。在使用分段前饋補償方法之前，輸出電流THD為5.98%；使用分段前饋補償的改進方法后，輸出電流THD為2.50%。

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

對比圖5～圖9發現，仿真結果與本文計算推導結論相符，分段前饋補償控制算法對提高輸出電流的THD有顯著效果。

3 結束語

本文提出按斷續導電模式、連續導電模式工作區間分段進行前饋補償的方法，計算了工作模式切換點，推導出了與輸出功率相關的分段前饋補償表達式，提出了按工作模式進行分段前饋補償的控制方法。最后通過仿真驗證了本文提出的分段前饋補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。

參考文獻：

[1] PAPANIKOLAOU N P，TATAKIS E C. Active voltage clamp in flyback converters operating in CCM mode under wide load variation[J].Industrial Electronics，IEEE Transactions on，2004，51（3）：632-640.

[2] ZHANG Z，CHEN M，GAO M，et al.An optimal control method for grid-connected photovoltaic micro-inverter to improve the efficiency at light-load condition[C].Energy Conversion Congress and Exposition （ECCE），2011 IEEE：219-224.

[3] MYRZIK J M A，CALAIS M.String and module integrated inverters for single-phase grid connected photovoltaic systems-a review[C]//Power Tech Conference Proceedings，2003 IEEE Bologna.

[4] 陳堅.電力電子學—電力電子變換和控制技術[M].北京：高等教育出版社，2010.

[5] JOHNS M，LE H P，SEEMAN M.Grid-Connected Solar Electronics[Z].Contemporary Energy Issues，Department of Electrical Engineering and Computer Sciences，University of California at Berkeley，2009.

[6] MO Q，CHEN M，ZHANG Z，et al.Digitally controlled active clamp interleaved flyback converters for improving efficiency in photovoltaic grid-connected micro-inverter[C]. Applied Power Electronics Conference and Exposition（APEC），2012 Twenty-Seventh Annual IEEE：555-562.

[7] THANG T V，THAO N M，JANG J，et al.Analysis and design of grid-connected photovoltaic systems with multiple-integrated converters and a single-phase pseudo DC-link inverter[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics，2014（7）：3377-3386.