逆变器带非线性负载时的输出电压控制技术.pdf

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1、第28卷第1期华中理工大学学报VOI.28NO.12OOO年1月J.~uaZhOngUniV.OfSci.gTech.Jan.2OOO逆变器带非线性负载时的输出电压控制技术%熊蕊何定桥(华中理工大学电力工程系D摘要:分析了逆变器带非线性负载时波形畸变的原因和影响将波形畸变分成瞬态畸变和稳态畸变并针对不同畸变给出了几种不同的控制方式即根据非线性负载投入瞬间的冲击电流大小采用自适应调节输出电压幅值的限流方法以改善瞬态畸变程度;采用瞬时值波形反馈~无差拍控制技术来补偿稳态畸变波形.给出了实验结果研究结果对改善逆变器输出波形具有指导意义.关键

2、词:正弦波逆变器;非线性负载;波形畸变;控制中图分类号:TM919文献标识码:A文章编号:1OOO-8616(2OOODO1-OO41-O3恒频恒压SPWM逆变电源广泛地应用于引起输出电压瞬间的畸变.UPS系统和车~船载移动电源等重要场合.在工设冲击性负载在电压峰值时投入输出电压频独立电力系统中逆变器的负载可能具有各种瞬间降为零1/1O周期后恢复正常如图1所示.不同性质(线性或非线性D当某一负载投入运行根据傅里叶级数分解其基波为82.6%即此时时可能引起逆变器电压幅值瞬间急剧下降或波基波损失为17.4%.若无畸变时输出电压为形畸变对其

3、他正在运行的部分负载设备造成影22OV那么瞬态畸变时基波仅为182V左右.考响如继电器或计算机控制系统因供电电压突变虑其他因素(电压调节特性和稳态畸变D时基造成瞬时掉电复位而失控或丢失数据.研究逆变波成分更低就可能使某些负载出现瞬时掉电复电源在不同负载时的电压特性并采用合适的控位故障.制技术加以改善是十分必要的.1电压波形畸变因素分析SPWM逆变器输出电压波形产生畸变的主要原因有:a.PWM调制方式和死区效应;b.输出滤波器参数变化;c.负载性质变化(尤其是整图1冲击性负载在电压峰值投入时流桥类非线性负载D造成强扰动.的波形示意图在逆

4、变器应用场合造成波形畸变的主要原若控制冲击性负载在电压峰值投入时输出电因为c畸变分为瞬态畸变和稳态畸变两种.压瞬间降为峰值的1/3仍设1/1O周期后恢复正1.1瞬态畸变分析常则可计算出其基波为88.7%基波损失为当整流桥类非线性负载突然投入电网运行11.3%.可见此时瞬态畸变造成相关负载设备瞬时特别是在逆变器输出正弦电压的峰值时投入时掉电复位的可能性减小.因此在冲击性负载投其冲击性充电电流对逆变器而言相当于瞬间过载入时采用合适的抗冲击限流控制手段按冲击性甚至短路.为了不损坏逆变器开关管通常应采用电流大小自适应调节所降低的电压幅值则可能

5、必要的瞬时限流措施或是瞬时封锁开关元件驱使瞬时畸变程度减轻对于保障供电品质具有重动脉冲待电流恢复正常再开放脉冲;或是根据冲要的意义.击电流的大小瞬时降低输出电压幅值待电流恢1.2稳态畸变分析复正常再恢复输出电压幅值.但这些方法都可能图2为一台单相5O~Z逆变器突加整流性负收稿日期:1999-O8-2O.作者简介:熊蕊(1956-D女副教授;武汉华中理工大学电力工程系(43OO74D.基金项目:国家自然科学基金资助项目(59777O25D.4Z华中理工大学学报Z000年IG1(jc)ISiH(ct-G1(jc))整流桥通;VOut(t)

6、=IGZ(jc)ISiH(ct-GZ(jc))L整流桥断.通过傅里叶级数分析可知V中含有丰富的Out(t)谐波分量导致波形畸变.因此波形畸变的原因是整流器的不同工作状态对应着不同拓扑的时间图Z突加整流性负载时的实测波形响应.载时的实测输出电压波形.冲击性负载投入瞬间[1]最低电压限制为峰值电压的30%恢复时间小于2用瞬时值波形反馈改善波形T/10(ZTS)但其他正在运行的部分设备仍出现瞬时掉电复位的故障现象这说明尽管波形瞬时瞬时值波形反馈是将输出电压波形(瞬时畸变不大但加上稳态畸变以及输出电压调节特值)信息反馈给控制电路SPWM形成环

7、节的标性精度有限(波形畸变造成平均值反馈量偏差增准正弦波形成波形误差正弦波用误差正弦波形大)致使基波成分骤减仍可引起掉电复位故障.成SPWM调制波去驱动逆变桥开关管的通断.当分析图3所示的单相桥式逆变器带整流桥输出电压波形畸变时波形误差正弦波则向相反方向畸变调制成非标准的SPWM波并经逆变桥放大后使原波形畸变得到补偿.设G为前述输出电路的传递函数Gp(S)p(S)=G1(S)(整流桥通)或GZ(S)(整流桥断).可将分段线性的G的输出处理成一个线性部分传递p(S)函数G/的输出和扰动AV(S)叠加而成;在不p(S)图3逆变器带整流性负

8、载时的等值电路过调制的情况下将SPWM调制及放大环节的传非线性负载的电路整流桥开通时输出电路的传递函数近似等效为一个线性增益K因此可以PWM递函数为画出如图4所示的控制系统中加入波形反馈的G1(S)=VOut(S)/Vi