[]高频链逆变电源系统控制算法及MATLAB仿真.doc

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[]高频链逆变电源系统控制算法及MATLAB仿真

高频链逆变电源系统控制算法及MATLAB2020年的单位GDP二氧化碳排放量将比2005年下降40%~45%。据相关研究估算在2010年我国总的二氧化碳排放量中,电力、热力的生产和供应业的排放量占到了总量的40.1%。所以极为需要些污染少的能源慢慢取代传统能源,如风能、太阳能、潮汐能将逐渐取代石油,天然气等燃料将成为人类使用的主体能源,这样使电力电子技术越来越受到人们广泛重视[1]。 另一方面,随着用电设备的增多,一些涉及到关键部门的用电设备,如电信行业、银行业的计算机、报警装置,对电源的可靠性和电源质量的要求也越来越高。不间断供电设备(UPS)应运而生,在国外,计算机供货商已将UPS随计算机配套出售。逆变环节是实现UPS的关键技术,因此研究逆变技术对不间断供电起着至关重要的作用[2]。 在航空领域,飞机机载用电设备也越来越多,它们对电源的可靠性和质量的要求更加严格。集中式电源系统在可靠性、通用性、维修性等方面已无法完全满足要求。具有高功率密度、高效率和低成本的分布式电源系统将逐渐替代集中式电源系统,研究通用的新型变流器模块对构成三相静止变流器和分布式电源系统极为重要[3]。 逆变电源技术的发展是和电力电子器件的发展联系在一起的,器件的发展带动着逆变电源的发展。最初的逆变电源采用晶闸管(SCR)作为逆变器的开关器件,称为可控硅逆变电源。由于SCR是一种没有自关断能力的器件,因此必须通过增加换流电路来强迫关断SCR,SCR的换流电路限制了逆变电源的进一步发展。随着半导体制造技术和交流技术的发展,自关断的电力电子器件脱颖而出,相继出现了电力晶体管(GTR)、可关断晶闸管(GTO)、功率场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极性晶体管(IGBT)等等。自关断器件在逆变器中的应用大大提高了逆变电源的性能。由于自关断器件的使用,使得开关频率得以提高,从而逆变桥输出电压比低次谐波的频率比较高,使输出滤波器的尺寸得以减小,而且对非线性负载的适应性得以提高[4]。最初,对于采用全控型器件的逆变电源在控制上普遍采用带输出电压有效值或平均值反馈控制的方法实现的。采用输出电压有效值或平均值反馈控制的方法具有结构简单、容易实现的优点,但存在以下缺点:1. 对非线性负载的适应性不强;2. 死区时间的存在将使PWM波中含有不易滤掉的低次谐波,使输出电压波形出现畸变;3. 动态性能不好,负载突变时输出电压调整时间长。为了克服单一电压有效值或平均值反馈控制方法的不足,实时反馈控制技术获得应用,它是近十年来发展起来的新型电源控制技术,目前仍在不断地完善和发展之中,实时反馈控制技术的采用使逆变电源的性能有了质的飞跃。实时反馈控制技术多种多样,主要有以下几种[5]: 1. 谐波补偿控制; 2. 无差拍控制; 3. 重复控制; 4. 滑模变结构控制; 5. 单一的电压瞬时值反馈控制; 6. 带电流内环的电压瞬时值反馈控制。 与直流一直流功率变换不同,逆变器输出需要接感性负载、容性负载和阻性负载,输出电压有可能滞后、超前输出电流或与输出电流同相,因而逆变电路需要在平面四象限工作。在I、Ⅲ象限,输出电压与输出电流同向,由直流输入电源向输出负载提供能量;在Ⅱ,Ⅳ象限,输出电压与输出电流反向,由输出负载向直流输入电源回馈能量。这说明电路四象限工作,实质要求电路具有双向传递能量的能力。 逆变电源的种类繁多,可按输出能量的去向、功率流动的方向、输入电源的性质、输出与输入的电气隔离、功率电路的拓扑结构、功率电路的器件、占空比的控制方式、控制技术、输出电压电平、输出电压波形、输出电压相数、输出电压频率以及功率开关的工作方式等方面加以分类:无源、有源逆变,单向、双向逆变,电压源、电流源逆变,非隔离型、低频环节、高频环节逆变,推挽式、半桥式、全桥式逆变,SCR、GTR、GTO、MOSFET、IGBT、混合器件逆变,脉宽调制、脉频调制逆变、模拟控制、数字控制逆变,二电平、多电平逆变,正弦波、非正弦波逆变,单相、三相、多相逆变,工频、中频、高频逆变,硬开关、软开关逆变等。其中高频逆变电源技术运用先进的功率电子器件和高频逆变技术使传统的工频整流电源材料减少80%~90%,节能20%~30%,动态反应速度提高2~3个数量级,并向着高频化、轻量化、模块化、智能化和大容量化的方向发展。 高频链逆变技术的概念 所谓高频链逆变技术,就是采用高频脉冲变压器替代低频变压器传输能量,通过提高逆变电源的工作频率来减小隔离变压器的体积,并实现变流装置的一、二次侧电源之间的电气隔离。高频链(High-frequency Link)逆变技术这一新理念是于1977年ESPELAGE和B.K.BOSE两位专家共同提出的[6]。 高频链逆变器是一种灵活多变的拓扑结构,其共同特点是电路结构形式紧凑,功率密度和效率高,响应

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