逆變電源雙環(huán)控制技術(shù)的研究與設(shè)計(jì)

盧云 楊世凱 何文濤

【摘要】通過對(duì)逆變電源的數(shù)學(xué)模型分析，以電感電流和電容電壓為反饋量進(jìn)行閉環(huán)控制。雙環(huán)控制方案的電流內(nèi)環(huán)擴(kuò)大逆變器控制系統(tǒng)的帶寬，使得逆變電源動(dòng)態(tài)響應(yīng)加快，輸出電壓的諧波含量減小，非線性負(fù)載適應(yīng)能力加強(qiáng)。最后，通過仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，表明所設(shè)計(jì)的雙環(huán)控制策略具有電流跟蹤快速，電壓穩(wěn)定穩(wěn)定的特點(diǎn)。

1 引言

交流移動(dòng)設(shè)備使用量越來越多，如何將直流電源變?yōu)榉€(wěn)定的電能提供給設(shè)備已成為研究熱點(diǎn)。近年來4G技術(shù)的快速發(fā)展，移動(dòng)應(yīng)急通信基站需要大量的逆變電源。在研項(xiàng)目正在建設(shè)一個(gè)移動(dòng)電源研究平臺(tái)，將直流電通過一臺(tái)逆變電源轉(zhuǎn)變成設(shè)備所需的交流電源，該逆變器是系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵部件。在此為移動(dòng)逆變電源研究平臺(tái)設(shè)計(jì)了以電感電流和電容電壓為反饋?zhàn)兞侩p閉環(huán)的控制策略，通過該逆變電源，為移動(dòng)交流用電設(shè)備提供穩(wěn)定可靠的電能。

2 逆變電源的工作模式

逆變電源工作在如圖1所示的四象限模式下，實(shí)現(xiàn)能量從交流側(cè)移動(dòng)設(shè)備和儲(chǔ)能電池的雙向流動(dòng)。一、三象限逆變電源向移動(dòng)負(fù)載設(shè)備輸出電能，二、四象限逆變電源從移動(dòng)設(shè)備回收能量。

3 逆變電源的模型

電流內(nèi)環(huán)控制結(jié)構(gòu)框圖如圖3，經(jīng)過電流霍爾采集逆變電源輸出電流 與設(shè)定電流值 做差運(yùn)算，通過 調(diào)節(jié)，產(chǎn)生給定信號(hào) 。設(shè)定電壓 前饋疊加電容電壓，在輸出濾波電感上得到電流控制信號(hào)?？傻秒娏鳝h(huán)傳遞函數(shù)

圖4 電壓外環(huán)控制結(jié)構(gòu)框圖

電壓外環(huán)控制結(jié)構(gòu)框圖如圖4，經(jīng)過電壓霍爾采集輸出電壓信號(hào) 與設(shè)定值 做差運(yùn)算，通過 調(diào)節(jié)，產(chǎn)生給定信號(hào) 。電感電流信號(hào)前饋得到電流的誤差信號(hào) ， 乘上電流霍爾系數(shù)1/ ，疊加電感電流，在輸出電容上形成輸出電壓信號(hào)?？傻秒妷涵h(huán)傳遞函數(shù)

5 仿真與實(shí)驗(yàn)

逆變電源的參數(shù)如下，直流側(cè)電源電壓Vd = 200V，開關(guān)頻率10KHz，三角載波峰值5V，電流霍爾0.2V/A，電壓霍爾100：1，濾波電感1mH，濾波電容30uF，負(fù)載20Ω。仿真波形如下

圖5在0.0875秒，設(shè)置負(fù)載突變?yōu)?0Ω。輸出電壓的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程為2m秒，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，波形質(zhì)量無明顯變化。圖6帶整流橋負(fù)載，輸出電壓波形諧波低，電能質(zhì)量高。

6 結(jié)論

雙環(huán)控制方案的逆變電源動(dòng)態(tài)響應(yīng)加快，帶寬范圍大，輸出電壓的諧波含量小，非線性負(fù)載適應(yīng)能力強(qiáng)。

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