[發明專利]一種基于脈動功率反饋的二次諧波電流抑制系統及方法

有效

• 申請號: 202110777240.2
• 申請日: 2021-07-09
• 公開（公告）號: CN113394959B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 任磊;田民;張雷;秦嶺;葉子
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: H02M1/12
• 分類號: H02M1/12;H02M1/088;H02M3/156;H02M7/48
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本發明屬于電能變換裝置中的控制技術，公開了一種基于脈動功率反饋的二次諧波電流抑制系統及方法。該方法將前級直直變換器的電感電流采樣信號與輸出電壓采樣信號通過乘法器，乘法器的輸出通過帶通濾波器，帶通濾波器的輸出與電感電流采樣信號一起作為電流調節器反饋信號，電壓調節器的輸出信號為電流調節器的基準。電流調節器產生調制信號，并將其送入PWM調制器，最后經過驅動電路得到控制Buck類直直變換器的主功率管Q₁～Q_n工作的驅動信號。該方法具有可抑制兩級式單相逆變器輸入二次諧波，以及控制電路結構簡單、實現方便等優點。

技術領域

本發明屬于電能變換裝置中的控制技術，涉及的是一種基于脈動功率反饋的二次諧波電流抑制方法。

背景技術

目前新能源、飛機及電動汽車等分布式發電系統中，通常兼容傳統低壓直流電源系統規格，如沿用28V、42V等直流電源。為獲得負載所需115V或220V交流電，通常需要采用兩級式架構——前級直直變換器完成逆變器輸入輸出電壓匹配及電氣隔離，后級逆變器完成直流到交流轉換并給終端負載供電。

在兩級式單相逆變器中，由于后級逆變器的瞬時輸出功率包含二倍輸出電壓頻率的脈動功率，致使前級直直變換器輸入電流中存在二倍輸出電壓頻率的脈動。該二次諧波電流不僅會增加開關管的電流應力，還會增加開關管的導通損耗以及磁性元件的損耗，且會對開關管的軟開關造成影響，從而不利于提高變換器的效率。另一方面輸入電流中的二倍頻低頻脈動會對輸入源造成干擾，影響輸入源的性能，對燃料電池等新能源的壽命也有重大影響，因此對這類變換裝置的輸入低頻脈動電流大小有標準規定必須控制在較小值。

增大直流母線電容是抑制該脈動電流最簡單的方法，但這會增大系統的體積，不利于變換器功率密度的提高。于直流母線上并接雙向變換器的方法可以達到不用增大母線電容來抑制脈動電流的效果，但這增加了系統的復雜程度，不利于可靠性的提高。對于雙環控制的直直變換器，于電壓環輸出增加帶阻濾波器、于電流采樣環節增加帶通濾波器、虛擬阻抗等方法，雖然可以有效地抑制輸入電感電流二次諧波脈動，但這會間接增大其它次諧波的大小，抑制效果受限。因此需要一種不僅能有效抑制電感電流二次諧波脈動，同時能抑制輸入二次諧波脈動，且不影響直直變換器動態性能及可靠性的方法，優化變換器的工作性能。

發明內容

有鑒于此，本發明旨在針對兩級式單相逆變器中的前級Buck類直直變換器，提出一種基于脈動功率反饋的二次諧波電流抑制方法。

本發明提供了一種基于脈動功率反饋的二次諧波電流抑制系統，包括主電路模塊和抑制電路模塊；

所述主電路模塊包括輸入電源、前級直直變換器和單相逆變器及負載；所述單相逆變器及負載包括單相逆變器和負載；所述輸入電源接至所述前級直直變換器的輸入端，所述前級直直變換器的輸出端接至所述單相逆變器的輸入端，所述單相逆變器的輸出端與所述負載連接；

所述抑制電路模塊包括乘法器、帶通濾波器、電壓調節器、電流調節器、PWM調制器和驅動電路；

所述前級直直變換器的電感電流采樣信號和輸出電壓采樣信號分別接至所述乘法器的兩個輸入端，所述乘法器的輸出端接至帶通濾波器的輸入端，所述帶通濾波器的輸出與電感電流采樣信號一起接電流調節器的反相輸入端；所述前級直直變換器的輸出電壓采樣信號接入電壓調節器的反相端，所述電壓基準信號接入電壓調節器的同相端；電壓調節器的輸出端接電流調節器的同相輸入端，電流調節器的輸出接PWM調制器的同相端，PWM調制器的輸出端接驅動電路，驅動電路的輸出驅動所述前級直直變換器工作。

進一步的，所述帶通濾波器的表達式為：

其中，A₀為通帶增益，Q為品質因數，ω₀為二次諧波的角頻率。

本發明還提供了一種基于脈動功率反饋的二次諧波電流抑制方法，基于上述的二次諧波電流抑制系統實現，包括以下步驟：