CN111725979B - 基于重复控制的两级式单相逆变器二次谐波电流抑制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于重复控制的两级式单相逆变器二次谐波电流抑制方法，该方法能够能显著抑制电感电流的二次谐波电流，从而有效地抑制输入二次谐波电流，该方法将前级直直变换器的电感电流采样信号通过重复控制器，重复控制器的输出与电感电流采样信号一起作为电流调节器反馈信号，电压调节器的输出信号为电流调节器的基准，电流调节器产生调制信号，并将其送入PWM调制器，最后经过驱动电路得到控制Buck类直直变换器的主功率管Q1～Qn工作的驱动信号，该方法具有可抑制两级式单相逆变器电感电流二次谐波及其奇数次谐波，以及控制电路结构简单、实现方便等优点。

Description

基于重复控制的两级式单相逆变器二次谐波电流抑制方法
技术领域
本发明涉及电能变换装置中的控制技术领域，具体为一种基于重复控制的两级式单相逆变器二次谐波电流抑制方法。
背景技术
目前新能源、飞机及电动汽车等分布式发电系统中，通常兼容传统低压直流电源系统规格，如沿用28V、42V等直流电源。为获得负载所需115V或220V交流电，通常需要采用两级式架构——前级直直变换器完成逆变器输入输出电压匹配及电气隔离，后级逆变器完成直流到交流转换并给终端负载供电。
在两级式单相逆变器中，由于后级逆变器的瞬时输出功率包含二倍输出电压频率的脉动功率，致使前级直直变换器输入电流中存在二倍输出电压频率的脉动。该二次谐波电流不仅会增加开关管的电流应力，还会增加开关管的导通损耗以及磁性元件的损耗，且会对开关管的软开关造成影响，从而不利于提高变换器的效率。另一方面输入电流中的二倍频低频脉动会对输入源造成干扰，影响输入源的性能，对燃料电池等新能源的寿命也有重大影响，因此对这类变换装置的输入低频脉动电流大小有标准规定必须控制在较小值。
增大直流母线电容是抑制该脉动电流最简单的方法，但这会增大系统的体积，不利于变换器功率密度的提高。于直流母线上并接双向变换器的方法可以达到不用增大母线电容来抑制脉动电流的效果，但这增加了系统的复杂程度，不利于可靠性的提高。对于双环控制的直直变换器，于电压环输出增加带阻滤波器、于电流采样环节增加带通滤波器、虚拟阻抗等方法，虽然可以有效地抑制输入电感电流二次谐波脉动，但这会间接增大其它次谐波的大小，抑制效果受限。所以需要一种不仅能有效抑制二次谐波脉动，去同时能抑制其它次谐波脉动，且不影响直直变换器动态性能及可靠性的方法，优化变换器的工作性能，因此，亟待一种改进的技术来解决现有技术中所存在的这一问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于重复控制的两级式单相逆变器二次谐波电流抑制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于重复控制的两级式单相逆变器二次谐波电流抑制方法，包括以下步骤：
步骤一：前级直直变换器输出中间母线电压经过采样得到滤波电容电压采样信号vCf_f,将其送入电压调节器，与电压基准信号Vref作差后进行调节，得到电压调节器的输出电压误差放大信号vc；
步骤二：采样前级直直变换器滤波电感Lf电流得到电感电流采样信号iLf_f,将其分别送入电流调节器的第一反相输入端与重复控制器的输入端；
步骤三：将重复控制器的输出信号vi送入电流调节器的第二反相输入端，产生输出调制信号vr；
步骤四：将vr送入PWM调制电路，与载波比较产生高频PWM脉冲信号，并经过驱动电路得到开关管的驱动信号，继而控制直直变换器主功率管的工作Q1～Qn的工作。
优选的，所述步骤一中直直变换器的输入端接输入电源，所述直直变换器的电感电流采样信号接至重复控制器的输入端，所述重复控制器的输出信号与电感电流采样信号分别接电流调节器的第二反相输入端与第一反相输入端，所述直直变换器的滤波电容电压采样信号，以及电压基准信号分别接入电压调节器的反相端与同相端，电压调节器的输出端接电流调节器的同相输入端。
优选的，所述步骤二中电流调节器的输出接PWM调制器的同相端，PWM调制器的输出接驱动电路，所述驱动电路的输出驱动直直变换器工作。
优选的，所述步骤二中重复控制器的表达式为：
Figure GDA0003488377360000031
其中ω为所需抑制二次谐波的角频率，k为谐波的次数。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)在传统的控制策略中加入重复控制器，电路结构简单，易于实现，且不会影响两级式直交逆变器其他功能特性。
(2)与传统的在主电路回路中增加滤波器的方法相比，本方法是通过对前级直直变换器控制电路的改进即可实现对两级直交逆变器输入电流低频脉动的抑制，从而可以有效减轻变换器重量和体积以及控制变换器成本。
(3)重复控制器不仅可以对电路中的二次谐波电流进行抑制，也可以对二次谐波的谐波进行抑制，效果更显著。
附图说明
图1为本发明的两级式单相逆变器输入二次谐波电流的抑制方法控制结构示意图(Vin——输入直流电源，Lf——前级直直变换器输出滤波电感，Cf——前级直直变换器输出滤波电容(直流母线电容)，vCf——前级直直变换器输出电压，vCf_f——前级直直变换器输出滤波电容电压采样，iLf——前级直直变换器输出滤波电感电流，iLf_f——前级直直变换器输出滤波电感电流采样，Vref——电压基准，vc——电压调节器输出电压误差放大信号，vi——电感电流脉动信号，vr——调制信号)。
图2为加抑制电路前后，两级式单相逆变器前级直直变换器输出滤波电感电流波形图。
图3为加抑制电路前后，两级式单相逆变器前级直直变换器输入电流波形图。
图4为加抑制电路前后，两级式单相逆变器输出电压波形图(115V400Hz)。
图中：1—输入电源；2—Buck类直直变换器；3—单相逆变器及负载；4—电压调节器；5—重复控制器；6—电流调节器；7—PWM调制器；8—驱动电路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种技术方案：一种基于重复控制的两级式单相逆变器二次谐波电流抑制方法，包括以下步骤：
步骤一：前级直直变换器2输出中间母线电压经过采样得到滤波电容电压采样信号vCf_f,将其送入电压调节器4，与电压基准信号Vref作差后进行调节，得到电压调节器的输出电压误差放大信号vc；
步骤二：采样前级直直变换器滤波电感Lf电流得到电感电流采样信号iLf_f,将其分别送入电流调节器6的第一反相输入端与重复控制器5的输入端；
步骤三：将重复控制器的输出信号vi送入电流调节器6的第二反相输入端，产生输出调制信号vr；
步骤四：将vr送入PWM调制电路7，与载波比较产生高频PWM脉冲信号，并经过驱动电路8得到开关管的驱动信号，继而控制直直变换器2主功率管的工作Q1～Qn的工作。
如图1所示，两级式单相逆变器输入二次谐波电流抑制方法中所涉及到的控制结构，包括输入电源1、直直变换器2、单相逆变器及负载3、电压调节器4、重复控制器5、电流调节器6、PWM调制器7、驱动电路8。其中，主电路部分：输入电源1接至直直变换器2的输入端，直直变换器2的输出端接至逆变器的输入端，逆变器的输出接负载；直直变换器2的控制电路部分：直直变换器2的电感电流采样信号，接至重复控制器的输入端，重复控制器的输出信号与电感电流采样信号分别接电流调节器6的第二反相输入端与第一反相输入端；直直变换器2的滤波电容电压采样信号，以及电压基准信号分别接入电压调节器4的反相端与同相端，电压调节器4的输出端接电流调节器6的同相输入端；电流调节器6的输出接PWM调制器7的同相端；PWM调制器7的输出接驱动电路8；驱动电路8的输出驱动直直变换器2工作。
使用原理：叙述本发明的具体工作原理，对应的电路关键波形见图2-4。
电压检测电路检测前级输出直流母线电压，将其与电压基准信号比较后，产生误差信号送入电流调节器；电流采样电路检测前级滤波电感电流，并将其分别送入重复控制器输入端与电流调节器的反相输入端，重复控制器的输出送入电流调节器的反相端；电压调节器的输出送入电流调节器的同相端；电流调节器的输出，即是调制信号；调制信号经过调制电路、驱动电路最终得到控制信号，以控制直直变换器的工作。
在两级式单相逆变器中，由于后级逆变器的瞬时输出功率包含二倍输出电压频率的脉动功率，致使前级直直变换器输入电流中存在二倍输出电压频率的脉动。
引入重复控制器的作用是：利用重复控制器奇数次谐波处增益无穷大的性质，对电感电流中的二次谐波以及其它次谐波同时进行抑制。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.一种基于重复控制的两级式单相逆变器二次谐波电流抑制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：前级直直变换器(2)输出中间母线电压经过采样得到滤波电容电压采样信号vCf_f,将其送入电压调节器(4)，与电压基准信号Vref作差后进行调节，得到电压调节器的输出电压误差放大信号vc；
步骤二：采样前级直直变换器滤波电感Lf电流得到电感电流采样信号iLf_f,将其分别送入电流调节器(6)的第一反相输入端与重复控制器(5)的输入端；
步骤三：将重复控制器的输出信号vi送入电流调节器(6)的第二反相输入端，产生输出调制信号vr；
步骤四：将vr送入PWM调制器(7)，与载波比较产生高频PWM脉冲信号，并经过驱动电路(8)得到开关管的驱动信号，继而控制直直变换器(2)主功率管Q1～Qn的工作；
所述步骤一中直直变换器(2)的输入端接输入电源(1)，所述直直变换器(2)的电感电流采样信号接至重复控制器(5)的输入端，所述重复控制器(5)的输出信号与电感电流采样信号分别接电流调节器(6)的第二反相输入端与第一反相输入端，所述直直变换器(2)的滤波电容电压采样信号，以及电压基准信号分别接入电压调节器(4)的反相端与同相端，电压调节器(4)的输出端接电流调节器(6)的同相输入端；
所述步骤二中电流调节器(6)的输出接PWM调制器(7)的同相端，PWM调制器(7)的输出接驱动电路(8)，所述驱动电路(8)的输出驱动直直变换器(2)工作；
所述步骤二中重复控制器(5)的表达式为：
Figure FDA0003488377350000021
其中ω为所需抑制二次谐波的角频率，k为谐波的次数。
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