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两级式DC/AC变换器设计研究

摘要

新能源如太阳能、风能、水能、潮汐能的发展，使得人们能够减少对传统能源的

依赖，而两级式逆变器在新能源发电中应用广泛。新能源直流发电、直流电源或储能

设备，当输出电压较低和电压比较波动时，需要DC/DC变换器进行处理，转换成较高

和较稳定的电压供逆变器产生220V交流电。两级式DC/AC变换器分为前级DC/DC变

换器和后级DC/AC变换器，后级逆变器在使用传统的PI电压电流双闭环时，不能无静

差跟踪电压信号；同时由于逆变器的存在，整个前级变换器中存在大量的二次纹波电

流，这会提高开关管的电流应力，降低变换器的效率。因此本文将从逆变器的跟踪性

能和DC/DC变换器中二次纹波电流抑制两方面入手进行研究，以三重Boost变换器作

为前级DC/DC变换器和传统单相逆变器作为后级逆变器进行研究设计，研究与设计开

展工作如下：

针对PI控制无法很好的跟踪交流信号，因为使用PI控制器在50Hz处的增益较小，

而重复控制器具有较好的增益，于是提出了PI+重复控制的控制方法弥补PI控制的跟踪

性能问题；同时设计了PI控制与PI+重复控制的控制参数，使用仿真软件验证了PI+重

复控制的控制方法比单独PI控制有更好的跟踪性能，通过对比，使用PI+重复控制的控

制方法比单独PI控制，输出电压的总谐波失真降低了0.37%左右。

对前级三重Boost变换器，首先对三重Boost变换器进行数学建模，设计了电流环

和电压环的PI控制器参数；针对前级DC/DC变换器存在的二次电流纹波问题，由于PI

控制器在100Hz处抑制能力较差，不能有效的抑制二次电流纹波，而陷波器对某特征

频率具有很强的衰减能力，于是提出了在电压环上引入陷波器的方法进行二次电流纹

波抑制，并分析了在电压环中引入陷波器对二次电流纹波的影响和进行仿真验证，仿

真验证了电压环上引入陷波器的方法能有效的抑制二次电流纹波，通过对比，电压环

中引入陷波器比未引入陷波器，输入电流的二次电流纹波含量减少了53.5%左右。

最后对两级式逆变器的软件与硬件进行设计和搭建3.5kW的实验样机进行验证，

实验验证了本文所提出的控制方法的正确性。

关键词：两级式DC/AC变换器；单相逆变器；PI+重复控制；三重Boost；陷波器

两级式DC/AC变换器设计研究

Abstract

Thedevelopmentofnewenergysourcessuchassolarenergy,windenergy,waterenergy

andtidalenergyhasenabledpeopletoreducetheirdependenceontraditionalenergysources,

andtwo-stageinvertersarewidelyusedinnewenergygeneration.NewenergyDCpower

generation,DCpowersupplyorenergystorageequipment,whentheoutputvoltageislowand

thevoltagecomparisonfluctuation,theDC/DCconverterisrequiredtobeprocessed,converted

intoahigherandmorestablevoltagefortheinvertertoproduce220VAC.Thetwo-stage

DC/ACconverterisdividedintopre-stageDC/DCconverterandpost-stageDC/ACconverter.

WhenthetraditionalPIvoltageandcurrentdoubleclosedloopisused,thepost-stageinverter

cannottrackthevolt