一种两级式逆变电源的电感电流反馈路径二次谐波电流抑制方法技术

一种两级式逆变电源的电感电流反馈路径二次谐波电流抑制方法，属于开关电源领域。两级式逆变电源中前级Buck变换器在直流母线电压反馈和电感电流反馈形成的双闭环基础上，添加带有陷波滤波器的逆变器输入电流前馈路径到电流调节模块中，陷波滤波器的特征频率为2f

A method of second harmonic current suppression in inductor current feedback path of two-stage inverter

【技术实现步骤摘要】
一种两级式逆变电源的电感电流反馈路径二次谐波电流抑制方法
本专利技术涉及开关电源领域，特别涉及一种两级式逆变电源的电感电流反馈路径二次谐波电流抑制方法。
技术介绍
两级式单相逆变器被广泛的应用在燃料电池供电系统、光伏发电系统和不间断供电电源等场合中。在两级式单相逆变器中，后级单相逆变器的输出功率是以两倍于输出电压频率2fo脉动的，此功率脉动会使逆变器输入电流iinv中出现二次谐波电流，进一步使前级DC-DC变换器的电感电流iL中也出现二次谐波电流，此二次谐波电流会使电流有效值升高，增加系统的损耗和开关管的应力，减少开关管的寿命。所以需要相应的方法抑制前级DC-DC模块中的二次谐波电流。针对两级式逆变器中二次谐波电流的问题，国内外进行了很多探讨。“Ripplecurrentreductionofafuelcellforasingle-phaseisolatedconverterusingaDCactivefilterwithacentertap”(见《IEEETransactionsonPowerElectronics》，2010)提出一种在两级式逆变器中间母线上并联双向DC-DC变换器，控制双向DC-DC变换器来反向补偿二次谐波电流，能够有效抑制二次谐波电流，但此方法需添加硬件结构，提升了体积与成本，同时提高了整体控制的复杂度。“基于虚拟阻抗且提高系统带宽的抑制两级式逆变器中二次谐波电流的控制策略”(见《电工技术学报》，2014)基于虚拟阻抗理论提出一种带有中心频率为2fo的带通滤波器的电感电流反馈策略，能够只增大前级DC/DC变换器二倍输出电压频率处的输出阻抗，能够较好的抑制二次谐波电流，但此策略在二倍频处产生的虚拟阻抗会随外环增益的提升而变小，所以使得动态性能的提升极其有限。“两级式逆变器中前级直流变换器的控制方法”(见《中国电机工程学报》，2015)提出一种电压外环含有陷波滤波器并加入负载电流前馈控制的方法，可以在抑制二次谐波电流的同时，拥有更好的动态性能，但此方法依然依靠容量较大的中间母线电容实现滤波作用，且二次谐波电流抑制能力不可控，使得其谐波抑制能力提升受限。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种抑制两级式逆变器中二次谐波电流的电感电流反馈路径方法，在电压电流双闭环控制策略的基础上，添加逆变器输入电流iinv前馈路径提升系统动态性能，引入电感电流iL反馈路径提升系统的二次谐波电流抑制能力，使得系统在拥有优秀动态性能的基础上，同时具有很强的二次谐波电流抑制能力。为了实现上述二次谐波电流抑制方法，本专利技术采用图1所示的系统来实现，包括：前级Buck变换器、后级单相逆变器、电压电流检测模块、谐波抑制控制器；其中后级单相逆变器与前级Buck变换器的输出相连，电压电流检测模块将输出的电感电流iL、直流母线电压Ubus和逆变器输入电流iinv作为谐波抑制控制器的输入，谐波抑制控制器输出单路PWM并与前级Buck变换器相连。谐波抑制控制器包含等效常数Kf、虚拟电阻、带通滤波器、电压反馈系数、电流反馈系数、陷波滤波器、电压调节模块、电流调节模块、PWM调制模块、驱动模块；谐波抑制控制器中电感电流反馈路径中的电流反馈系数Hi与逆变器输入电流前馈路径中的电流反馈系数Hi是相同的。参考电压Uref作为谐波抑制控制器中电压调节模块的第一路输入，直流母线电压Ubus经过电压反馈系数Hv之后作为电压调节模块的第二路输入，电感电流iL经过等效常数Kf、虚拟电阻与带通滤波器之后作为电压调节模块的第三路输入。电压调节模块的输出作为谐波抑制控制器中电流调节模块的第一路输入，电感电流iL经过电流反馈系数Hi之后作为电流调节模块的第二路输入，逆变器输入电流iinv经过电流反馈系数Hi与陷波滤波器之后作为电流调节模块的第三路输入。电流调节模块的输出作为PWM调制模块的输入，PWM调制模块的输出作为驱动模块的输入，驱动模块输出功率驱动PWM信号作为前级Buck变换器的输入。谐波抑制控制器中电压调节模块的第一路输入为正输入，第二路和第三路输入为负输入，三路输入信号经过比较器加减运算后作为电压调节模块中电压调节器的输入，经过电压调节器的运算得到电压调节模块的输出，电压调节器传递函数为式中Gv(s)为电压调节器传递函数，Kpv为电压调节器的比例系数，Kiv为电压调节器的积分系数；s代表频域。谐波抑制控制器中电流调节模块的第一路和第三路输入为正输入，第二路输入为负输入，三路输入信号经过比较器加减运算后作为电压调节模块中电流调节器的输入，经过电流调节器的运算得到电流调节模块的输出，电流调节器表达式为式中Gi(s)为电流调节器传递函数，Kpi为电流调节器的比例系数，Kii为电流调节器的积分系数。谐波抑制控制器中等效常数Kf为式中Mag[]表示幅值的求取，Gpwm为PWM调制模块的增益，fo为后级单相逆变器(3)的输出电压频率，Gv(j2π·2fo)为在2fo处电压调节模块(4-7)中电压调节器Gv(s)的频域表达式，Gi(j2π·2fo)为在2fo处电流调节模块(4-8)中电流调节器的传递函数，j为复数单位。谐波抑制控制器中虚拟电阻的最小值表达式为式中α为设定的谐波抑制比上限值，L为前级Buck变换器中滤波电感的电感量，Cbus为母线电容值，rs为虚拟电阻的虚拟电阻值。谐波抑制控制器中带通滤波器的特征频率为2fo，其传递函数表达式为式中GBPF(s)为带通滤波器的传递函数，fb为带通滤波器的带宽。谐波抑制控制器中陷波滤波器的特征频率为2fo，其传递函数表达式为式中Gnotch(s)为陷波滤波器的传递函数，AVF为通频带增益。谐波抑制控制器中电流调节模块的输出信号给到PWM调制模块的输入，经过PWM调制模块调制之后输出单路PWM控制信号。谐波抑制控制器中PWM调制模块输出的单路PWM控制信号给到驱动模块的输入，经过功率提升输出单路功率驱动PWM信号给到前级Buck变换器中控制开关管的开通与关断。本专利技术与现有技术相比具有的优点是方法的实施只关乎软件，无需添加硬件结构，无需增加系统的体积与成本；引入电感电流反馈路径，进一步提升了前级Buck变换器在2fo处的输出阻抗，在拥有快速动态性能的同时，使得二次谐波电流的抑制能力提升50％以上。附图说明图1电感电流反馈路径方法的系统框图具体实施方式本专利技术提供一种两级式逆变电源的电感电流反馈路径二次谐波电流抑制方法，能够在不添加硬件结构的基础上，进一步提升两级式逆变器的二次谐波电流抑制能力，具体实施方式如下：图1所示为电感电流反馈路径方法的系统框图，包括前级Buck变换器(1)、电压电流检测模块(2)、后级单相逆变器(3)、谐波抑制控制器(4)。谐波抑制控制器(4)包括等效常数Kf(4-1)、虚拟电阻(4-2)、带通滤波器(4-3)、电压反馈系数(4-4)、电流反本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种两级式逆变电源的电感电流反馈路径二次谐波电流抑制方法，其特征在于：所述方法的电源控制系统包括：前级Buck变换器(1)、电压电流检测模块(2)、后级单相逆变器(3)、谐波抑制控制器(4)；其中后级单相逆变器(3)与前级Buck变换器(1)的输出相连，电压电流检测模块(2)将输出的电感电流i

【技术特征摘要】
1.一种两级式逆变电源的电感电流反馈路径二次谐波电流抑制方法，其特征在于：所述方法的电源控制系统包括：前级Buck变换器(1)、电压电流检测模块(2)、后级单相逆变器(3)、谐波抑制控制器(4)；其中后级单相逆变器(3)与前级Buck变换器(1)的输出相连，电压电流检测模块(2)将输出的电感电流iL、直流母线电压Ubus和逆变器输入电流iinv作为谐波抑制控制器(4)的输入，谐波抑制控制器(4)输出单路PWM并与前级Buck变换器(1)相连；
所述谐波抑制控制器(4)包含：等效常数Kf(4-1)、虚拟电阻(4-2)、带通滤波器(4-3)、电压反馈系数(4-4)、电流反馈系数(4-5)、陷波滤波器(4-6)、电压调节模块(4-7)、电流调节模块(4-8)、PWM调制模块(4-9)、驱动模块(4-10)；
所述参考电压Uref作为电压调节模块(4-7)的第一路输入，直流母线电压Ubus经过电压反馈系数Hv(4-4)之后作为电压调节模块(4-7)的第二路输入，电感电流iL经过等效常数Kf(4-1)、虚拟电阻(4-2)与带通滤波器(4-3)之后作为电压调节模块(4-7)的第三路输入；
所述电压调节模块(4-7)的输出作为电流调节模块(4-8)的第一路输入，电感电流iL经过电流反馈系数Hi(4-5)之后作为电流调节模块(4-8)的第二路输入，逆变器输入电流iinv经过电流反馈系数Hi(4-5)与陷波滤波器(4-6)之后作为电流调节模块(4-8)的第三路输入；
所述电流调节模块(4-8)的输出作为PWM调制模块(4-9)的输入，PWM调制模块(4-9)的输出作为驱动模块(4-10)的输入，驱动模块(4-10)输出功率驱动PWM信号作为前级Buck变换器(1)的输入；
所述电压调节模块(4-7)的第一路输入为正输入，第二路输入为负输入，第三路输入为负输入，三路输入信号经过比较器加减运算后作为电压调节模块(4-7)的电压调节器输入，电压调节器传递函数表达式为：



式中Gv(s)为电压调节器传递函数，Kpv为电压调节器比例系数，Kiv为电...

【专利技术属性】
技术研发人员：许家群，董昊，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11