[发明专利]一种输入串联输出串联高频链逆变器功率均分控制方法

说明书

技术领域

本发明提供了一种输入串联输出串联高频链逆变器功率均分控制方法，属于电力电子领域的组合式高频逆变器方向。

背景技术

对于用在高压输入高压输出场合的逆变器，功率器件所承受的高压问题仍然是我们所面临的挑战，因为能够承受如此高电压的功率器件是十分有限的，而且成本非常高，因此，通过选择正确的拓扑结构来降低功率器件所承受的电压是十分必要的。在输入输出均为高压的场合，将n个逆变器模块输入端串联输出端串联(Input-Series Output-Series，ISOS)，可以有效的降低功率器件所承受的电压，那么就可以选择耐压较低、开关频率更高的功率器件，从而获得更高的功率密度和传递效率，且可以提高整个系统的性能。如果各个逆变器模块之间输入、输出电压不均分，会导致各个模块的功率器件承受的电压不一致，导致逆变器模块损坏，使整个系统可靠性降低甚至不能工作。因此，实现各个逆变器模块之间的功率均分是关键问题。对于一个逆变器系统来说，忽略储能环节及开关管的损耗等，各个模块的输出功率应该等于输入功率；由于各个模块的输入输出都是串联的，所以各个模块的输入电流和各个模块的输出电流分别相等，根据公式P＝U*I(功率＝电压*电流)，所以实现了输入或输出电压均分即可实现各个逆变器模块之间的功率均分。

IEEE Trans.on Power Electronics【电力电子期刊】于2010年第25期发表了Control Strategy to Achieve Input and Output Voltage Sharing for Input-Series-Output-Series-Connected Inverter Systems【输入串联输出串联型逆变器系统实现输入输出电压均分的控制策略】一文，提出了一种实现功率均分的方法。该方法针对具有直流母线高频链逆变器系统，采用三环控制的方式：给定电压与输出电压的反馈做PI运算，作为输出电压外环；输入电压的1/n作为每个模块输入电压的给定，与每个模块的输入电压作PI运算，每个调节器的输出作为每个模块的均压环；对于各个模块来说，输出电压外环的值与各个模块的均压环值的乘积，作为各个模块的电流环的给定；各个模块电流环进行滞环控制，输出的值去控制本模块开关管的导通关断。该方法通过实现各个模块输入电压均分，从而实现各个模块的功率均分。然而，这种方法还是有不足之处：

(1)系统的控制方法采用三环控制方式，控制方法比较复杂；

(2)系统需要大量的电压电流传感器，当模块数增加时，成本也相应的增加；如果输入或者输出电压过高，对电压采样传感器要求也增加了。

发明内容

为了克服上述的输入串联输出串联逆变器系统控制方法的不足之处，本发明提出的一种输入串联输出串联高频链逆变器功率均分控制方法，包括n个高频链逆变器模块输入串联输出串联的电路，其特征在于采用输出电压交叉反馈控制方式，使各个逆变器模块输出电压均分，从而实现各个模块之间功率均分，主要包括以下内容：n模块的输入串联输出串联型逆变器系统，输出电压v_o的给定为v_ref，各个模块的输出电压采样为v_of1…v_ofj…v_ofn；对于任一逆变器模块j，该模块的电压环给定为其他所有逆变器模块的输出电压采样之和即作为该模块的反馈，电压调节器采用无差调节的方式，如比例谐振控制，使反馈无差地跟踪电压环给定，电压调节器输出的值v_outj作为调制波产生PWM信号，控制逆变器j；整个逆变器系统采用输出电压交叉反馈的控制方式，使各个逆变器模块输出电压相等，从而可以实现各个逆变器模块之间的功率均分；n个逆变器模块的输出电压之和为整个系统的输出电压v_o，符合逆变器系统设计的要求。

所述的一种输入串联输出串联组合式高频链逆变器输出均压控制方法，其特征在于每个逆变器模块是高频隔离式逆变器，包括具有高频隔离式DC-DC(直流变直流)环节的逆变器和具有高频脉冲交流环节的逆变器：具有高频隔离式DC-DC环节的逆变器的前级可以是正激、反激、全桥、半桥等结构的DC-DC环节，后级可以是全桥、半桥等结构DC-AC(直流变交流)的逆变环节；具有高频脉冲交流环节的逆变器前级可以是全桥、半桥、推挽等结构DC-AC的高频逆变环节，中间插入高频变压器进行隔离变压，后级为周波变换器。

在输入串联输出串联型高频链逆变器系统中采用输出电压交叉反馈控制的方法，除了能实现各个模块之间的功率均分，还具有以下的优点：