基于諧波補償的逆變器波形控制技術(shù)研究

摘要：介紹了一種基于諧波補償的逆變器波形控制技術(shù)，分析了系統的工作原理，詳細探討了控制系統參數設計方法，并得出了試驗結果。

關(guān)鍵詞：諧波補償；逆變器；波形控制

0 引言

逆變器是一種重要的DC/AC變換裝置。衡量其性能的一個(gè)重要指標是輸出電壓波形質(zhì)量，一個(gè)好的逆變器，它的輸出電壓波形應該盡量接近正弦，總諧波畸變率（THD）應該盡量小。在實(shí)際應用中逆變器經(jīng)常需要接整流型負載，在這種情況下僅僅采用SPWM調制技術(shù)的逆變器，其輸出電壓波形就會(huì )產(chǎn)生很大的畸變。

為了得到THD小的輸出電壓，波形控制技術(shù)近年來(lái)得到了極大的發(fā)展。重復控制是近年來(lái)研究得比較多的一種控制方案。本文從諧波補償的角度出發(fā)，采用改進(jìn)型FFT算法對輸出電壓誤差信號進(jìn)行實(shí)時(shí)頻譜分析，把由軟件算法產(chǎn)生的經(jīng)過(guò)預畸變的諧波信號注入逆變器，由此達到抑制非線(xiàn)性擾動(dòng)從而校正輸出電壓波形的目的。

1 控制系統結構及工作原理分析

圖1為控制系統結構框圖。G₁(s)表示控制對象，在這里就是輸出LC濾波器的傳遞函數，其離散化形式由G₁(z)表示。G₂(z)表示內部模型，它與G₁(z)相等。

圖1 控制系統結構框圖

1.1 擾動(dòng)抑制原理

考慮擾動(dòng)信號d(z)在輸出點(diǎn)的響應。由圖1可以很容易得到擾動(dòng)信號的傳函

H_d(z)=1－ (1)

由于G₁(z)=G₂(z)，故H_d(z)可簡(jiǎn)化為

H_d(z)=1－G_c(z)G₁(z) (2)

顯然，只要G_c(z)=G₁－1(z)，則H_d(z)=0，即擾動(dòng)可以得到完全的抑制。

不幸的是，實(shí)際逆變器的z域傳遞函數含有一個(gè)純延時(shí)環(huán)節，這就意味著(zhù)諧波補償器G_c(z)必須含有一個(gè)超前環(huán)節，這在物理上是無(wú)法實(shí)現的。但在實(shí)際應用中我們只須抑制低次諧波就可以獲得較好的輸出電壓波形，所以，只需要使諧波補償器低頻段頻率特性是控制對象G₁(s)低頻段頻率特性的逆就可以了。而這是很容易做到的，本文把這種低頻段頻率特性意義上的逆稱(chēng)為“等效逆”。

1.2 內部模型

內部模型G₂(z)就等于G₁(s)的離散化形式G₁(z)，它的作用就是模擬控制對象的特性，作為參考信號源。在實(shí)際系統中，內部模型作為整個(gè)數字控制系統的一部分，由DSP軟件算法實(shí)現。

1.3 諧波補償器

諧波補償器由FFT和諧波發(fā)生器組成。FFT算法對輸出電壓誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)頻譜分析，因為，逆變器接整流型負載，其輸出電壓畸變主要是由于在輸出端疊加了次數較低的奇次諧波，所以，只須分析出1，3，5，7，9次諧波的幅值和初相位就可以滿(mǎn)足要求。

設x(n)為N點(diǎn)有限長(cháng)序列，其FFT為

X(k)=x(n) （3）