基于双闭环控制的单相逆变器研究

沈亚瑞，宋建成(太原理工大学电气与动力工程学院，山西 太原 030024)

1 引言

电压源逆变器作为交流稳压电源的DC/AC部分，其必须保证在带任何负载下输出电压波形的正弦度和稳定性。由于逆变器输出侧LC滤波器的存在，逆变器输出阻抗不为零，所产生的压降会导致额定输出电压的降低。尤其是在非线性负载时，不连续的脉冲电流所产生的瞬态压降会造成输出电压波形的严重畸变。

传统的电压平均值控制策略可控制逆变器输出电压的有效值，无法保证输出电压波形的正弦度。无差拍控制需要精确的数学模型，抑制随机的负载扰动存在一定的困难。基于周期性控制的重复控制是需系统的每种干扰都进行误差补偿，才有可能达到无静差控制的目的，使得系统设计变得十分复杂［1，2］。

针对以上问题，所设计的单相逆变器在单极性倍频调制方式下采用固定开关频率的电压外环电感电流内环的瞬时值双闭环控制策略［3－5］，对逆变器输出的电压波形进行瞬时值补偿。实验结果表明，在非线性负载条件下，本设计的逆变器输出电压波形稳定性高，正弦度好，电压谐波含量低。

2 单相逆变器拓扑结构及数学模型

设计的单相逆变器采用单相全桥拓扑结构，如图1所示。此拓扑结构主要由4个功率管V1～V4组成，与其反相并联二极管D1～D2用于续流，输出端接有变比为k的输出变压器T1和用于滤除高频谐波的LC滤波器。在SPWM调制方式下，直流电压Udc经过主电路调制后，在逆变器桥的输出侧产生电压Ui，Ui在输出变压器的原边通过LC滤波器滤波后得到正弦波输出电压Uo。……