电源技术中的简述双向电压源高频链逆变器原理及重复控制策略

l 引言 　　双向电压源高频链逆变器具有双向功率流，减少了功率变换级数的优点，但却存在一个固有的缺点，即采用传统PWM技术的输出周波变换器换流时阻断了高频变压器漏感中连续的能量，于是导致高频变压器和输出周波变换器之间出现电压过冲。因此，这类逆变器通常需要采用缓冲电路或有源电压箝位电路来吸收存储在漏感中的能量，从而增加了功率器件数和控制电路的复杂性。同时还要保证高频变压器在低频交流信号的正负半周单极性往复工作中避免变压器磁芯饱和，确保低频交流信号被线性传递。 　　双向电压源高频链逆变器因其变换效率高、功率密度大、易于用在大功率场合，目前是光伏逆变电源领域的研究热点。研究了基于电压反馈的离散重复控 双向电压源高频链逆变器是一种先进的电力转换装置，它具备双向功率流动的能力，这使得它在能量存储和释放方面具有灵活性，适用于太阳能光伏逆变电源等应用场景。然而，这种逆变器面临一个核心问题，即在采用传统脉宽调制（PWM）技术时，输出周波变换器在换流过程中会中断高频变压器漏感中的能量流动，导致电压过冲。为解决这个问题，通常需要增设缓冲电路或有源电压箝位电路来吸收漏感中积累的能量，但这增加了系统的复杂性和功率器件的数量。 为改善这一情况，研究者提出了基于电压反馈的离散重复控制策略。重复控制是一种基于内模原理的控制方法，旨在对输入信号以基波周期的重复出现做出响应，使输出逐周期地跟踪输入。这一策略能有效抑制中低频误差分量，提高系统性能，如降低谐波失真度（THD%）和电压稳态误差。 在建立逆变器主电路的数学模型时，考虑了高频链逆变器的动态特性主要由输出滤波器的LC环节决定。模型中，滤波电感Lf、滤波电容Cf和等效电阻Rz构成了二阶系统。逆变器的等效传递函数可以通过离散化处理得到，以适应数字控制系统的需求。在实际应用中，例如，当载波频率为10 kHz，滤波器截止频率为载波频率的1/10至1/5时，可以选择Lf=2mH，Cf=6μF，Rz=1 Ω。 重复控制系统的结构包括重复控制器内模、周期延时环节和补偿器S(z)。周期延时系数N由参考输入基波频率fc和载波频率f决定。补偿器S(z)的设计目的是抵消系统在特定频率（如4564 rad/s）的谐振尖峰，通常采用二阶振荡环节和Notch函数来实现这一目标。相位补偿环节Zk（如Kr取0.21）用于改善系统响应，而Q(z)的选取（如取0.95）则有助于保证全频段的系统稳定性。 仿真结果表明，在阻性和阻感性负载条件下，引入重复控制器后的系统输出电压波形具有较低的谐波含量和良好的正弦度，且相位与基准电压保持一致，验证了重复控制策略的有效性。 双向电压源高频链逆变器的重复控制策略通过精确的数学建模和精心设计的控制算法，成功地解决了传统PWM技术带来的电压过冲问题，提升了逆变器的性能和效率，特别适用于大功率和高效率要求的电源系统。