專利名稱：兩級(jí)式直交逆變器輸入電流低頻脈動(dòng)抑制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種抑制兩級(jí)式直交逆變器輸入直流電流低頻脈動(dòng)的方法，屬電 能變換裝置中的控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前新能源、飛機(jī)及電動(dòng)汽車等分布式發(fā)電系統(tǒng)中，通常兼容傳統(tǒng)低壓直流電源 系統(tǒng)規(guī)格，如沿用28V、42V等直流電源。為獲得負(fù)載所需115V或220V交流電，通常需要采 用兩級(jí)式架構(gòu)——前級(jí)直直變換器完成逆變器輸入輸出電壓匹配及電氣隔離，后級(jí)逆變器 完成直流到交流轉(zhuǎn)換并給終端負(fù)載供電。由于后級(jí)逆變器輸出電壓和電流都是低頻交流電，因此逆變級(jí)的瞬時(shí)功率中含有 兩倍頻脈動(dòng)量，該低頻脈動(dòng)功率必然使前級(jí)直直變換器的輸出電流出現(xiàn)低頻脈動(dòng)使逆變輸 入電流含較大兩倍輸出電壓頻率交流分量，由直直變換器輸出濾波電感及中間母線電容共 同承擔(dān)。前級(jí)電感上的低頻脈動(dòng)分量必然會(huì)傳遞到前級(jí)變換器的輸入端。將不可避免要求 輸入源具有承受較大紋波電流能力，對(duì)充當(dāng)輸入電壓源的蓄電池燃料電池使用壽命是一個(gè) 較大威脅。因此，希望能有一種方法來(lái)抑制前級(jí)直直變換器輸出濾波電感支路的低頻脈動(dòng) 從而抑制兩級(jí)直交逆變器輸入電壓源的電流低頻脈動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨提出一種抑制兩級(jí)直交逆變器輸入電流低頻脈動(dòng)的方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，在傳統(tǒng)的雙電壓電流雙閉環(huán)控制 策略中，在電流環(huán)之前加入諧振控制器。通過(guò)諧振控制器濾除電壓調(diào)節(jié)器輸出的含有兩倍 逆變器輸出電壓頻率的低頻脈動(dòng)分量的電壓誤差信號(hào)，并將濾除低頻脈動(dòng)分量后的誤差電 壓放大信號(hào)作為電流環(huán)控制器的參考給定信號(hào)，使電流環(huán)的電流給定信號(hào)中的低頻脈動(dòng)量 消除或減小。前級(jí)直直變換器輸出濾波電感電流跟蹤此參考給定信號(hào)，從而抑制前級(jí)直直 變換器濾波電感電流中低頻分量，進(jìn)而也就抑制了直流電壓源輸入電流低頻脈動(dòng)量。直直變換器輸出電壓采樣信號(hào)，進(jìn)入電壓調(diào)節(jié)器的反相端，與同向端的電壓基準(zhǔn) 信號(hào)相比較，輸出電壓誤差放大信號(hào)。電壓誤差放大信號(hào)進(jìn)入諧振控制器同向端，諧振控制 器反向端與輸出端相連。諧振控制器輸出信號(hào)作為電流環(huán)的基準(zhǔn)，進(jìn)入電流比較器的同向 端，電流比較器的反向端接入前級(jí)直直變換器輸出濾波電感電流的采樣信號(hào)。電流比較器 輸出調(diào)制波，與載波進(jìn)入PWM信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生PWM高頻脈沖信號(hào)，再經(jīng)過(guò)邏輯電路，最終輸 出前級(jí)直直變換器功率開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)。本發(fā)明的兩級(jí)式直交逆變器輸入電流低頻脈動(dòng)的抑制方法采用對(duì)前級(jí)直直變換 器的外環(huán)電壓環(huán)控制，中間經(jīng)過(guò)諧振控制器濾除低頻脈動(dòng)分量，內(nèi)環(huán)電流環(huán)控制，從而能有 效的濾除兩級(jí)式直交逆變器輸入電流低頻脈動(dòng)分量。


附圖1是本發(fā)明的兩級(jí)式直交逆變器輸入電流低頻脈動(dòng)抑制方法控制策略結(jié)構(gòu) 示意圖。附圖1中的標(biāo)號(hào)名稱⑴一輸入電源；⑵一前級(jí)DC/DC變換器；(3)——電壓 調(diào)節(jié)器單元；(4)——諧振控制器單元；(5)電流調(diào)節(jié)器單元；(6) PWM信號(hào)產(chǎn)生單元；(7)邏 輯及驅(qū)動(dòng)電路單元。附圖2是本發(fā)明在兩級(jí)式直交逆變器中對(duì)電流低頻脈動(dòng)抑制的主要波形示意圖。附圖3是諧振控制器傳遞函數(shù)的波特圖。附圖1中的主要符號(hào)名稱VD。——輸入直流電源，Lf——前級(jí)直直變換器輸出濾波 電感，Cf—前級(jí)直直變換器輸出濾波電容，C1, C2, C2—是諧振控制器中電容，R1^ R2> R3、 R4——是諧振控制器中電阻，OP——諧振控制器中運(yùn)算放大器，V0——前級(jí)直直變換器輸出 電壓采樣，Ve——電壓調(diào)節(jié)器輸出電壓誤差放大信號(hào)，——電壓基準(zhǔn)，iref——電流基準(zhǔn)， iLf——濾波電感電流采樣。
具體實(shí)施例方式附圖1是兩級(jí)式直交逆變器輸入電流低頻脈動(dòng)抑制方法控制策略結(jié)構(gòu)示意圖，其 控制電路部分主要由電壓調(diào)節(jié)器(3)、諧振控制器(4)、電流調(diào)節(jié)器(5)等組成。其中諧振 控制器組成為電阻R1的一端與電容C1的一端相連接構(gòu)成公共端，電壓調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)Ve 與電阻R1和電容C1的公共端相連，電阻R2的一端和電容C2的一端相連接構(gòu)成公共端，電阻 R1的另一端與電阻R2和電容C2的公共端相連，電阻R2的另一端與電容C3的一端相連接，電 容C3另一端與電容C1另一端相連接，并且電阻R2與電容C3所構(gòu)成的公共端進(jìn)入運(yùn)算放大 器OP的同向端，電阻R3 —端與電阻R4 —端相互連接構(gòu)成公共端，電容C3與C1的公共端與 電阻R3和R4的公共端相連接，電阻R3的另一端接地，電阻R4的另一端與運(yùn)算放大器OP的 輸出端相連，運(yùn)算放大器OP的反向端與輸出端相連接，電容C2的另一端也一起與運(yùn)算放大 器OP的輸出端相連接。直直變換器輸出電壓采樣信號(hào)V。，進(jìn)入電壓調(diào)節(jié)器的反相端，與同向端的電壓基 準(zhǔn)信號(hào)相比較，輸出電壓誤差放大信號(hào)\。電壓誤差放大信號(hào)Ve進(jìn)入諧振控制器同向 端，諧振控制器反向端與輸出端相連。諧振控制器輸出信號(hào)作為電流環(huán)的基準(zhǔn)iMf，進(jìn)入電 流比較器的同向端，電流比較器的反向端接入前級(jí)直直變換器輸出濾波電感電流的采樣信 號(hào)‘。電流比較器輸出調(diào)制波，與載波一同進(jìn)入PWM信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生PWM高頻脈沖信號(hào)， 再經(jīng)過(guò)邏輯電路，最終輸出前級(jí)直直變換器功率開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)。工作原理下面以附圖1為主，敘述本發(fā)明的具體工作原理，對(duì)應(yīng)的電路關(guān)鍵波形見(jiàn)附圖2。因?yàn)楹蠹?jí)逆變器輸入電流含有較大兩倍輸出電壓頻率分量，前級(jí)直直變換器輸出 電壓亦含有兩倍輸出電壓頻率分量，所以輸出電壓采樣信號(hào)與基準(zhǔn)電壓比較后產(chǎn)生的誤差 電壓放大信號(hào)中也難免含有相應(yīng)的低頻脈動(dòng)分量。在傳統(tǒng)的前級(jí)直直變換器控制策略中， 該誤差電壓放大信號(hào)作為電流環(huán)的基準(zhǔn)，由于直直變換器的輸出濾波電感電流跟蹤誤差電 壓放大信號(hào)變化，從而，電感電流中也含有兩倍于逆變器輸出電壓頻率的低頻脈動(dòng)分量。該 脈動(dòng)分量折合至前級(jí)變換器低壓輸入端，將不可避免導(dǎo)致輸入源的電流也產(chǎn)生相應(yīng)的脈動(dòng) 分量。
引入諧振變換器的作用是在誤差電壓放大信號(hào)作為電流環(huán)基準(zhǔn)信號(hào)之前，對(duì)誤 差電壓放大信號(hào)中的兩倍于逆變器輸出電壓頻率的脈動(dòng)分量進(jìn)行濾除，從而濾除后的誤差 電壓放大信號(hào)較濾波之前平穩(wěn)很多。再將此信號(hào)作為電流環(huán)的基準(zhǔn)，由于電感電流跟蹤已 濾除脈動(dòng)分量的誤差電壓信號(hào)變化，使得電感電流中的低頻分量也大大得到抑制和濾除， 進(jìn)而前級(jí)直直變換器輸入電流的低頻脈動(dòng)也得到抑制。諧振變換器中各個(gè)元件參數(shù)選取與所需要濾除低頻分量的頻率大小有關(guān)。諧振變換器傳遞函數(shù)為 對(duì)應(yīng)諧振控制器中各個(gè)元件的參數(shù)值及其相互關(guān)系為 C2 = C^C3 其中ω為所需要濾除的低頻分量的角頻率。設(shè)兩級(jí)式直交逆變器輸出頻率為400Hz，則ω = 5024rad · s—1當(dāng)Q = 1時(shí)，該諧振控制器傳遞函數(shù)對(duì)應(yīng)的波特圖見(jiàn)附圖3，由圖可見(jiàn)輸入量中頻 率為兩倍于逆變器輸出頻率的脈動(dòng)分量經(jīng)過(guò)諧振控制器后可以被有效濾除或衰減。由以上描述可知，本發(fā)明的兩級(jí)式直交逆變器輸入電流低頻脈動(dòng)抑制方法具有以 下優(yōu)點(diǎn)1.在傳統(tǒng)的控制策略中加入諧振控制器，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，且不會(huì)影響兩 級(jí)式直交逆變器其他功能特性；2.不通過(guò)使用傳統(tǒng)的增加濾波器的方法，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)兩級(jí)直交逆變器輸入電流低 頻脈動(dòng)的抑制，可以有效減輕變換器重量和體積以及控制變換器成本。
權(quán)利要求
一種抑制兩級(jí)式直交逆變器輸入電流低頻脈動(dòng)的方法，其特征在于在前級(jí)直直變換器的電壓調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器中間插入一個(gè)諧振控制器。前級(jí)直直變換器(2)輸出電壓采樣信號(hào)Vo，進(jìn)入電壓調(diào)節(jié)器(3)的反相端，與同向端的電壓基準(zhǔn)信號(hào)Vref相比較，輸出電壓誤差放大信號(hào)Ve。電壓誤差放大信號(hào)Ve進(jìn)入諧振控制器(4)同向端，諧振控制器反向端與輸出端相連。諧振控制器輸出信號(hào)作為電流調(diào)節(jié)器(5)的基準(zhǔn)iref，進(jìn)入電流調(diào)節(jié)器的同向端，電流調(diào)節(jié)器的反向端接入前級(jí)直直變換器輸出濾波電感電流的采樣信號(hào)iLf。電流調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)與載波信號(hào)比較，經(jīng)過(guò)PWM信號(hào)產(chǎn)生單元(6)生成高頻PWM脈沖信號(hào)，再經(jīng)過(guò)邏輯和驅(qū)動(dòng)電路單元(7)最終輸出前級(jí)直直變換器功率開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)。其中諧振控制器(4)組成為電阻R1的一端與電容C1的一端相連接構(gòu)成公共端，電壓調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)Ve與電阻R1和電容C1的公共端相連，電阻R2的一端和電容C2的一端相連接構(gòu)成公共端，電阻R1的另一端與電阻R2和電容C2的公共端相連，電阻R2的另一端與電容C3的一端相連接，電容C3另一端與電容C1另一端相連接，并且電阻R2與電容C3所構(gòu)成的公共端進(jìn)入運(yùn)算放大器OP的同向端，電阻R3一端與電阻R4一端相互連接構(gòu)成公共端，電容C3與C1的公共端與電阻R3和R4的公共端相連接，電阻R3的另一端接地，電阻R4的另一端與運(yùn)算放大器OP的輸出端相連，運(yùn)算放大器OP的反向端與輸出端相連接，電容C2的另一端也一起與運(yùn)算放大器OP的輸出端相連接。
全文摘要
一種兩級(jí)式直交逆變器輸入電流低頻脈動(dòng)抑制方法。該方法通過(guò)在前級(jí)直直變換器(2)的電壓調(diào)節(jié)器(3)之后引入諧振控制器(4)，經(jīng)過(guò)諧振控制器之后輸出電流調(diào)節(jié)器(5)的參考給定信號(hào)。電流調(diào)節(jié)器輸出調(diào)制信號(hào)，與載波信號(hào)經(jīng)過(guò)PWM信號(hào)發(fā)生器(6)比較產(chǎn)生PWM高頻脈沖信號(hào)，最后通過(guò)邏輯控制和驅(qū)動(dòng)電路(7)產(chǎn)生前級(jí)直直變換器各個(gè)功率管控制信號(hào)。其中諧振控制器(4)由運(yùn)算放大器(OP)，電阻(R1)、(R2)、(R3)、(R4)，電容(C1)、(C2)、(C3)構(gòu)成。該方法具有幾個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)1)有效抑制兩級(jí)直交逆變器輸入電流低頻脈動(dòng)；2)控制回路簡(jiǎn)單；3)有效減少對(duì)充當(dāng)前級(jí)輸入直流電源的蓄電池，燃料電池等電源使用壽命的影響。
文檔編號(hào)H02M1/14GK101877549SQ201010194638
公開(kāi)日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2010年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月8日
發(fā)明者張方華, 王建華, 鄧翔, 韋徵, 龔春英 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)