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。

1 逆變電源的動態模型

圖1(a)所示為逆變電源系統結構圖。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節,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：

根據以上分析可以得出逆變電源的動態模型如圖1(b)所示，其中Δu是擾動輸入，它表示系統中的非理想因素的影響，這些因素包括:死區時間效應、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反饋控制方案，多環反饋控制結構包括相位環、電壓有效值環、電壓波形環以及帶負載電流前饋的濾波電感電流控制內環，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

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

(2)電壓有效值環

電壓有效值環是外環,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。電壓有效值調節器采用PI調節器可以確保在系統參數變化時輸出電壓的有效值是穩態無差的。

(3)電壓波形環

電壓波形環位于電壓有效值環之內，用來對輸出電壓的波形進行實時控制,當電壓波形環調節器的增益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

濾波電感電流控制環是內環，當電流調節器的增益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，同時對諸如死區時間效應、電源電壓波動等包含在環內的擾動能起到及時的調節作用。限幅環節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，濾波電感電流內環使系統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會出現相應的突變,快速的濾波電感電流控制內環使濾波電感電流iL出現相應的突變，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對負載的變化有及時的調節能力，使系統的動態響應特性、抗擾性以及對非線性負載的適應性大大提高。3 實驗結果