[发明专利]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

说明书

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_o，添加带有等效常数、虚拟电阻与带通滤波器的反馈路径到电压调节模块中，带通滤波器的中心频率为2f_o，按照二次谐波电流抑制比要求得到反馈路径中所需虚拟电阻值。所述电感电流反馈路径方法无需添加硬件结构，无需提升系统体积与成本，能够使得系统在拥有快速动态响应的前提下，使得二次谐波电流抑制能力提升50％以上。

技术领域

本发明涉及开关电源领域，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。

背景技术

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2f_o脉动的，此功率脉动会使逆变器输入电流i_inv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i_L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。“Ripplecurrent reduction of a fuel cell for a single-phase isolated converter usinga DC active filter with a center tap”(见《IEEE Transactions on PowerElectronics》，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2f_o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。

发明内容

本发明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i_inv前馈路径提升系统动态性能，引入电感电流i_L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，本发明采用图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i_L、直流母线电压U_bus和逆变器输入电流i_inv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K_f、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H_i与逆变器输入电流前馈路径中的电流反馈系数H_i是相同的。