一種新型適應(yīng)“模塊化”要求的高性能逆變電源方案

本文提出了一種適應(yīng)“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(fù)載電流前饋控制的多環(huán)反饋控制方案，該控制方案已經(jīng)在單相2kVA逆變電源實(shí)驗(yàn)樣機(jī)上實(shí)現(xiàn)。

1 逆變電源的動(dòng)態(tài)模型

圖1(a)所示為逆變電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。當(dāng)逆變器的開(kāi)關(guān)頻率遠(yuǎn)大于信號(hào)波的基波頻率,并且在不出現(xiàn)過(guò)調(diào)制的情況下,對(duì)于基波及低次諧波而言,PWM逆變器可以看作是比例環(huán)節(jié),其增益為A=Ed/Ut，其中Ed為直流側(cè)電源電壓,Ut為三角波的峰值。在LC濾波器中各電量間的關(guān)系可表示為：

根據(jù)以上分析可以得出逆變電源的動(dòng)態(tài)模型如圖1(b)所示，其中Δu是擾動(dòng)輸入，它表示系統(tǒng)中的非理想因素的影響，這些因素包括:死區(qū)時(shí)間效應(yīng)、電源電壓波動(dòng)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(fù)載電流前饋控制的多環(huán)反饋控制方案，多環(huán)反饋控制結(jié)構(gòu)包括相位環(huán)、電壓有效值環(huán)、電壓波形環(huán)以及帶負(fù)載電流前饋的濾波電感電流控制內(nèi)環(huán)，用來(lái)對(duì)輸出正弦波電壓的相位、有效值、頻率、波形進(jìn)行精確控制。

(1)相位環(huán)

相位環(huán)是外環(huán)，它主要包括鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器VCO、正弦波發(fā)生器等環(huán)節(jié)。它通過(guò)改變電壓瞬時(shí)值給定的頻率來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓的相位，對(duì)輸出電壓的相位及頻率進(jìn)行精確控制。

(2)電壓有效值環(huán)

電壓有效值環(huán)是外環(huán),它通過(guò)改變電壓瞬時(shí)值給定的幅值對(duì)輸出電壓的有效值進(jìn)行精確控制。電壓有效值調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器可以確保在系統(tǒng)參數(shù)變化時(shí)輸出電壓的有效值是穩(wěn)態(tài)無(wú)差的。

(3)電壓波形環(huán)

電壓波形環(huán)位于電壓有效值環(huán)之內(nèi)，用來(lái)對(duì)輸出電壓的波形進(jìn)行實(shí)時(shí)控制,當(dāng)電壓波形環(huán)調(diào)節(jié)器的增益ku足夠大時(shí)，可以確保輸出電壓波形跟蹤正弦波參考電壓，同時(shí)對(duì)濾波電容的參數(shù)變化能起到及時(shí)的補(bǔ)償作用。

(4)帶負(fù)載電流前饋的濾波電感電流控制內(nèi)環(huán)

濾波電感電流控制環(huán)是內(nèi)環(huán)，當(dāng)電流調(diào)節(jié)器的增益ki足夠大時(shí)，可以確保濾波電感電流iL實(shí)時(shí)快速地跟蹤電感電流指令i*L，同時(shí)對(duì)諸如死區(qū)時(shí)間效應(yīng)、電源電壓波動(dòng)等包含在環(huán)內(nèi)的擾動(dòng)能起到及時(shí)的調(diào)節(jié)作用。限幅環(huán)節(jié)的存在使電感電流被限制在限幅值所對(duì)應(yīng)的電流之內(nèi)，由于流過(guò)逆變器開(kāi)關(guān)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(nèi)環(huán)使系統(tǒng)具有自動(dòng)的截流保護(hù)功能。

負(fù)載電流前饋的引入,使得濾波電感電流指令i*L中包含負(fù)載電流的信息，當(dāng)負(fù)載突變時(shí)，濾波電感電流指令i*L會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的突變,快速的濾波電感電流控制內(nèi)環(huán)使濾波電感電流iL出現(xiàn)相應(yīng)的突變，由于濾波電容電流iC等于濾波電感電流iL減去負(fù)載電流io，所以濾波電容電流iC基本上不受負(fù)載突變的影響。因此，負(fù)載電流前饋的引入使系統(tǒng)對(duì)負(fù)載的變化有及時(shí)的調(diào)節(jié)能力，使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性、抗擾性以及對(duì)非線性負(fù)載的適應(yīng)性大大提高。3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果