一種消除輸入側(cè)二次功率脈動的逆變器及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種消除輸入側(cè)二次功率脈動的逆變器及其控制方法，屬于隔離、微 型逆變器，其利用增加的輔助電路來實現(xiàn)直流輸入側(cè)二次功率脈動的消除。
【背景技術(shù)】
[0002] 在新能源及其它分布式發(fā)電系統(tǒng)中，為獲得負(fù)載所需的高壓交流電，逆變器一般 都帶有前級直流變換器。對于這種系統(tǒng)，輸出功率中含有的兩倍工頻功率脈動分量將反饋 傳輸?shù)街绷鬏斎雮?cè)，使得輸入側(cè)出現(xiàn)兩倍輸出頻率的低頻電流紋波，影響蓄電池、燃料電池 等輸入源的使用壽命，嚴(yán)重時會影響直流電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性。傳統(tǒng)方法采用大電解電容來 平衡功率脈動，從而達(dá)到消除電流紋波的目的，然而電解電容壽命有限，限制了逆變器的整 體壽命。近年來，出現(xiàn)了很多緩沖功率脈動的方法，特別是通過增加額外的輔助電路實現(xiàn)直 流輸入側(cè)功率脈動消除的方法引起了很多學(xué)者和工程師的關(guān)注。Fukushima K，N〇rigoe I， Shoyama M, et al，"Input current-ripple consideration for the pulse-link DC-AC converter for fuel cells by small series LC circuit'，，Proceedings of IEEE 24th Annual Applied Power Electronics Conference and Exposition，2009 :447-451 提出了 通過加入LC串聯(lián)諧振電路，并將其諧振頻率設(shè)計為兩倍輸出頻率的方案，如附圖I所示， 能夠較好的消除直流輸入側(cè)功率脈動，但所需的電感和電容值都比較大，導(dǎo)致系統(tǒng)的功率 密度降低，又限制了系統(tǒng)的使用壽命。Kwon J，Kim E，Kwon B，Nam K，"High-Efficiency Fuel Cell Power Conditioning System With Input Current Ripple Reduction'，， IEEE Transaction on Industry Electronics，2009, 56 (3) :826-834 利用電力電子變換器的高 頻特性，控制主功率管的占空比，在實現(xiàn)電壓變換所需的占空比基礎(chǔ)上再加上一個變化的 占空比量，能夠有效的抑制輸入側(cè)電流紋波，對于提高燃料電池利用率及使用壽命是有利 的，該功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)如附圖2所示，但此方案控制精度要求高，且控制算法復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于針對上述變換器所存在的技術(shù)缺陷提供一種消除輸入側(cè)二次 功率脈動的逆變器及其控制方法，采用這種逆變器和控制方法，既實現(xiàn)了電能變換，又消除 了直流輸入側(cè)二次功率脈動，從而減小了輸入電流紋波對輸入源的干擾，提高了系統(tǒng)的效 率。
[0004] 本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案：
[0005] 本發(fā)明的一種消除輸入側(cè)二次功率脈動的逆變器，包括直流電源、輸入電容、原邊 開關(guān)管、隔離變壓器、副邊開關(guān)管、中間直流母線電容、結(jié)構(gòu)相同的第一逆變橋臂和第二逆 變橋臂以及濾波電路；其中隔離變壓器原邊繞組同名端分別接直流電源正極和輸入電容的 輸入端，隔離變壓器原邊繞組的異名端接原邊開關(guān)管的集電極，原邊開關(guān)管的發(fā)射極分別 接直流電源的負(fù)極和輸入電容的輸出端；每個逆變橋臂都包括二個開關(guān)管，第一開關(guān)管的 集電極作為逆變橋臂的正輸入端，第一開關(guān)管的發(fā)射極與第二開關(guān)管的集電極連接構(gòu)成逆 變橋臂的輸出端，第二開關(guān)管的發(fā)射極作為逆變橋臂的負(fù)輸入端；副邊開關(guān)管的發(fā)射極、中 間直流母線電容的輸入端和逆變橋臂的正輸入端連接，逆變橋臂的負(fù)輸入端、中間直流母 線電容的輸出端和隔離變壓器副邊繞組的同名端連接，隔離變壓器副邊繞組的異名端接副 邊開關(guān)管的集電極；第一逆變橋臂和第二逆變橋臂的輸出端接濾波電路；還包括由輔助開 關(guān)管、輔助電容和隔離變壓器原邊輔助繞組凡構(gòu)成的輔助電路，其中輔助開關(guān)管包括兩個 開關(guān)管，第一輔助開關(guān)管的發(fā)射極接隔離變壓器原邊輔助繞組凡的同名端，隔離變壓器原 邊輔助繞組Nx的異名端分別接直流電源的正極和輔助電容的輸入端，輔助電容的輸出端、 第一輔助開關(guān)管的集電極和第二輔助開關(guān)管的發(fā)射極相連接，第二輔助開關(guān)管的集電極接 隔離變壓器原邊繞組的異名端。
[0006] 所述的一種消除輸入側(cè)二次功率脈動的逆變器，其中逆變橋臂的控制方法為傳統(tǒng) 單級性PffM調(diào)制；該逆變器的控制方法還包括以下步驟：
[0007] 步驟A，檢測輔助電容電壓信號，中間直流母線電容電壓信號，逆變橋臂的輸入電 流ig號；
[0008] 步驟B，將步驟A得到的輔助電容電壓信號經(jīng)過低通濾波器，獲得其直流分量；
[0009] 步驟C，計算輔助電容電壓參考信號與輔助電容電壓信號直流分量的差值；
[0010] 步驟D，將步驟C得到的電壓差值用PI控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)后，與步驟A得到的中間直 流母線電容電壓信號、逆變橋臂的輸入電流信號一同輸進(jìn)輸入電流基準(zhǔn)生成電路，獲得輸 入電流參考信號；
[0011] 步驟E，計算中間直流母線電容電壓參考信號與中間直流母線電容電壓信號的差 值；
[0012] 步驟F，將步驟E得到的電壓差值用PI控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)后，與步驟A得到的中間直 流母線電容電壓信號、逆變橋臂的輸入電流信號一同輸入副邊電流基準(zhǔn)生成電路，獲得副 邊電流參考信號；
[0013] 步驟G，將步驟D得到的輸入電流參考信號和步驟F得到的副邊電流參考信號輸入 調(diào)制波生成電路，獲得第一、第二、第二調(diào)制波?目號；
[0014] 步驟Η，將前述第一、第二調(diào)制波信號分別輸入PffM控制電路，獲得第一、第二邏輯 信號；
[0015] 步驟I，將步驟G得到的第三調(diào)制波信號輸入過零比較器，獲得第三邏輯信號；
[0016] 步驟J，將前述第一邏輯信號輸入邏輯電路，直接得到原邊開關(guān)管的控制信號；
[0017] 將前述第一、第二、第三邏輯信號分別輸入邏輯電路，在邏輯電路中第一、第二邏 輯信號經(jīng)過邏輯異或門，同時第三邏輯信號經(jīng)過非門后，再一起接入邏輯與門，得到第一輔 助開關(guān)管的控制信號；
[0018] 將前述第一、第二、第三邏輯信號分別輸入邏輯電路，在邏輯電路中第一、第二邏 輯信號經(jīng)過邏輯異或門后，和第三邏輯信號一起接入邏輯與門，得到第二輔助開關(guān)管的控 制信號；
[0019] 將前述第一、第二、第三邏輯信號分別輸入邏輯電路，在邏輯電路中第一邏輯信 號、第一輔助開關(guān)管的控制信號和第二輔助開關(guān)管的控制信號一起接入邏輯或非門，得到 副邊開關(guān)管的控制信號；
[0020] 步驟Κ，將步驟J得到的原邊開關(guān)管的控制信號，第一、第二輔助開關(guān)管的控制信 號，以及副邊開關(guān)管的控制信號分別輸入驅(qū)動電路，得到原邊開關(guān)管的驅(qū)動信號、副邊開關(guān) 管的驅(qū)動信號以及兩個輔助開關(guān)管的驅(qū)動信號，控制逆變器。
[0021] 有益效果：
[0022] 本發(fā)明披露了一種消除輸入側(cè)二次功率脈動的逆變器及其控制方法，其消除了直 流輸入側(cè)二次功率脈動，使得輸入電流表現(xiàn)為恒定的直流量，進(jìn)而系統(tǒng)可以采用容值和體 積更小的薄膜電容替代電解電容，系統(tǒng)的功率密度得到提高、使用壽命得到延長。本發(fā)明與 原有技術(shù)相比的主要技術(shù)特點是，通過在直直變換環(huán)節(jié)加入輔助電路來處理功率脈動，輔 助電容上電壓呈現(xiàn)二倍頻波動，而輸入電流基本不含有低頻紋波，從而直流輸入側(cè)可以避 免使用體積大、