基于分段前馈补偿的反激式并网逆变器控制策略

姚福林 程章格 胡永贵

摘？要：在现有的反激式DC-AC逆变器研究中，反激式DC-AC逆变器控制系统提出的前馈补偿方案均基于理想状态，即均假设逆变器在每个电网周期内任意相位角均运行于连续导电模式。但是在实际运行中，逆变器在电网周期内可能工作于断续或连续导电双模式。本文提出了一种按断续导电模式、连续导电模式分区间进行前馈补偿的方法，通过理论计算推导了断续和连续工作的临界点，推导出输出功率为唯一自变量的分段前馈补偿表达式，并通过仿真证明了本文提出补偿方法的有效性。

关键词：连续导电模式；断续导电模式；分段前馈补偿；反激式；逆变器

0 引言

逆变器根据其电感电流状态可分为：连续导电模式（Continuous Conduction Mode，CCM）[1]、臨界导电模式（Boundary Conduction Mode，BCM）[2]以及断续导电模式（Discontinuous Conduction Mode，DCM）[3]。在现有的反激式DC-AC逆变器研究中，反激式DC-AC逆变器闭环控制系统提出的前馈补偿方案均基于理想状态，即均假设逆变器在每个电网周期内任意相位角均运行于连续导电模式[4]。但是在实际运行中，逆变器在电网周期内可能工作于断续或连续导电双模式[5-7]。本文提出了一种按断续导电模式、连续导电模式分区间进行前馈补偿的方法，通过理论计算推导了断续和连续工作的临界点，推导出输出功率为唯一自变量的分段前馈补偿表达式，从而实现根据工作模式分段进行前馈补偿。然后通过仿真对本文所提出补偿方法进行验证。对比不同输出功率时的电流波形可以发现，本文所提出的分段前馈补偿算法在全功率范围对并网电流谐波畸变率均有较好的改善效果，在中小功率输出时具备显著改善效果。

1 反激式DC-AC逆变器分段前馈补偿控制算法设计

图1所示为连续导电模式的反激式DC-AC逆变器拓扑结构图。可以看出，连续导电模式的反激式DC-AC逆变器中关键元器件包括：输入电容Cin，变压器TR，主功率MOSFET Sp以及整流二极管D。

2 仿真分析

根据第1节中设计的反激式DC-AC逆变器分段前馈补偿控制算法，基于MATLAB/Simuink仿真平台进行仿真分析，对比不同功率分段前馈补偿前后的输出电流波形，使用MATLAB/Simuink中的FFT分析工具对输出电流波形进行分析，可以发现，采用分段补偿后，在相同的PI控制器下，输出电流总谐波畸变率显著降低，中小功率改善尤为明显。

图5所示为输出功率50 W时分段前馈补偿前后电流对比。在使用分段前馈补偿方法之前，并网电流THD为20.75%；使用分段前馈补偿方法后，并网THD为2.43%。

图6所示为输出功率100 W时分段前馈补偿前后输出电流对比。使用分段补偿控制方法之前，输出电流THD为16.73%；使用分段补偿的改进方法后，输出电流THD为2.27%。

图6为输出功率100 W时分段前馈补偿前后的电感电流波形对比。

图8所示为输出功率150 W时分段前馈控制前后并网电流对比。在使用分段前馈补偿方法之前，输出电流THD为5.98%；使用分段前馈补偿的改进方法后，输出电流THD为2.50%。

图9为输出250 W时扥段前馈补偿前后输出电流对比。在使用分段前馈补偿方法之前，输出电流THD为3.16%；在使用分段前馈补偿方法之后，输出电流THD为2.81%。

对比图5～图9发现，仿真结果与本文计算推导结论相符，分段前馈补偿控制算法对提高输出电流的THD有显著效果。

3 结束语

本文提出按断续导电模式、连续导电模式工作区间分段进行前馈补偿的方法，计算了工作模式切换点，推导出了与输出功率相关的分段前馈补偿表达式，提出了按工作模式进行分段前馈补偿的控制方法。最后通过仿真验证了本文提出的分段前馈补偿算法在全功率范围对输出电流THD均具有较好的改善效果，对中小功率输出的电流改善效果尤为显著。

参考文献：

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