[发明专利]单相逆变器输入电压纹波调制补偿方法

说明书

技术领域

本发明属于逆变器控制领域，涉及一种针对单相逆变器全桥逆变电路输入电压纹波的调制补偿方法。

背景技术

单相逆变器在实际应用时，由于自身结构的原因，全桥逆变电路输入端电压会出现两倍于输出频率的低频纹波，纹波幅值会随着逆变器负载的增大而增大，纹波峰值相对于调制信号起点的位置在负载阻抗变化时产生移动。

正弦脉宽调制（SPWM）调制策略以全桥逆变电路输入端恒压为前提，因此输入电压中存在的纹波将影响逆变器输出电压质量，使基波叠加上以三次谐波为主的高次谐波。而且随纹波幅值的增大，逆变器输出电压三次谐波含量显著增加，输出电压质量大幅降低。

为抑制输入电压纹波带来的影响，常见方法是增大逆变电路输入端电容的大小，滤除输入电压的纹波。但这种做法势必会增加逆变器的硬件成本和体积，且输入端电容对低频交流信号的滤波作用不强，对纹波的抑制效果有限。而从调制策略上进行改进不仅未增加硬件成本，更可完全抑制纹波影响。

申请号为CN02115213.6的专利《纹波幅度调制补偿方法和装置》实时采样带有纹波信号的输入电压瞬时值，用额定输入电压与瞬时值的比值补偿下一载波周期调制脉冲宽度。该补偿方法随着输入电压有效值偏离额定输入电压程度的增加，补偿效果会变差，并且始终存在一个载波周期的时间延迟。

发明内容

本发明针对上述背景技术中的不足，提供了一种针对单相逆变器全桥逆变电路输入电压纹波的调制补偿方法。以SPWM前半周期调制脉冲为基础，根据输入电压纹波的幅值与相位参数对调制脉冲宽度进行补偿，使补偿后的SPWM调制脉冲产生的调制效果能够补偿输入电压纹波的影响，减小逆变器输出电压三次谐波含量，提高输出电压质量。

由于所述SPWM前半周期调制脉冲与后半周期调制脉冲相同，所述纹波两倍于输出电压频率，其在SPWM前后半周期内的波形相同，根据纹波参数对前半周期调制脉冲补偿所得的调制脉冲宽度数组也可用于后半周期逆变调制。本发明所述补偿方法处理过程如图1，包含步骤如下：

步骤一：上一控制周期所得长度为N的调制脉冲宽度数组用于本控制周期逆变调制，输出调制脉冲时同步采集逆变器输出电压及全桥逆变电路输入电压。

步骤二：处理逆变器输出电压得到有效值，对有效值与输出电压参考值之间的误差进行PID调节，获得下一周期调制系数M，M与固定的正半周期正弦规律变化数组相乘获得SPWM半周期脉冲宽度数组。

步骤三：处理全桥逆变电路输入电压得到最大值U_max、最小值U_min及最大值U_max的存储序号N_p，由公式(U_max-U_min)/U_max计算得到比值K，由公式2πN_p/N计算得到相位差p。

步骤四：将所述K与p代入补偿公式1/{1-K[1-cos(2wt+p)]/2}，其中wt等于nπ/N，n为1至N的整数，得到补偿系数数组。

步骤五：SPWM半周期脉冲宽度数组中元素与补偿系数数组中对应序号的元素相乘，得到调制脉冲宽度数组，下一控制周期时返回步骤一。

所述控制周期为起始周期时，调制脉冲宽度数组为M等于0.1时的SPWM半周期脉冲宽度数组。但是本发明不局限于初始M等于0.1。

步骤一中，所述调制脉冲宽度数组为前半周期逆变调制信号，用于后半周期逆变调制时仅需改变控制器输出模式，所述同步采集电压信号过程在控制周期的前半周期进行，控制周期的后半周期不采集数据，仅处理前半周期的采集数组。

步骤二中，所述M的取值范围是0<M≤1，当M的取值大于1时说明负载超过额定，需要将M的取值调回小于1。一般取接近于1的值例如0.99。

所述正半周期正弦规律变化数组的长度为N，幅值为固定值，等于f_sys/(2N·f_out)，其中，f_sys为定时器时钟频率，f_out为输出电压频率。

步骤三中，所述比值K为全桥逆变电路输入电压峰峰值与最大值的比值，所述相位差p为输入电压最大值U_max与SPWM前半周期调制信号起始位置相位差。