高頻鏈逆變器的重復控制策略研究

摘要：介紹了高頻鏈逆變器的拓撲，建立了高頻鏈逆變器及其重復控制策略的仿真模型，并對系統進行仿真分析。通過仿真驗證了重復控制策略能夠使高頻鏈逆變器獲得高質量的輸出波形。
關鍵詞：高頻鏈；逆變器；重復控制；諧波

l 引言
雙向電壓源高頻鏈逆變器因其變換效率高、功率密度大、易于用在大功率場合，目前是光伏逆變電源領域的研究熱點。在電壓源型高頻鏈逆變電源模型的基礎上建立了逆變器連續時間域和離散時間域的數學模型。研究了基于電壓反饋的離散重復控制技術，分析了重復控制消除輸出電壓周期性波形畸變的原理。最后，應用PSIM仿真軟件進行了系統試驗，對關鍵的試驗波形做出了分析。

2 逆變器主電路數學模型的建立
雙向電壓源高頻鏈逆變器原理圖如圖1所示．它是以Forward為基本單元。直流輸入電壓DC通過高頻逆變器逆變，在變壓器原邊得到高頻正負脈沖，通過高頻變壓器進行變壓比調整和電氣隔離，變壓器副邊得到和原邊相位相同的高頻正負脈沖波，周波變換器對高頻脈沖進行低頻解調，在輸出濾波電路兩端得到低頻交流脈沖電壓，再由濾波電路濾除高次諧波。

在高頻鏈逆變電源的主電路數學模型中，由于逆變器開關頻率遠遠高于LC濾波器的振蕩頻率。所以逆變器的動態特性主要由LC濾波器決定，可以將其等效為輸出LC濾波環節構成的二階系統。設濾波電感為Lf，濾波電容為Cf，電容、電感以及其他的等效電阻為Rz：。逆變器的等效傳遞函數為：

采用零階保持器，并選擇合適的采樣周期T，可以將逆變器的等效傳遞函數離散化，得逆變器的離散化傳遞函數為：

實驗主電路中，逆變器的載波頻率為10 kHz，考慮到輸出濾波器截止頻率為該頻率的1／10～1／5，選取Lf=2 mH，Cf=6μF，Rz=1 Ω。
利用MATLAB可求得系統傳遞函數的離散形式為：

逆變器的空載阻尼很小，在自然頻率處有較大的諧振峰值。PWM逆變器的輸出電壓誤差主要是由負載擾動、直流側電壓波動、死區效應等因素引起。誤差頻率分量大多位于中低頻段，系統只要對這些中低頻誤差分量有較強的抑制能力．就可以大幅度地改善諸如諧波失真度(THD％)、電壓穩態誤差等穩態指標。因此．對其幅值和相位補償應主要集中在中低頻段．即將自然頻率處的幅值衰減到-3 dB以下即可。