摘要：兩級式逆變器瞬時輸出功率中含有兩倍輸出電壓頻率的脈動分量，該脈動功率以脈動電流形式表現在輸入側，對供電電源及變換器自身造成影響。詳細分析了后級為全橋和雙Buck變換器時兩倍頻脈動功率的表現形式和傳輸機理，針對后級為雙Buck變換器的兩級式逆變器提出新的采樣方式，并在控制環路中引入陷波濾波器來抑制低頻紋波。在此基礎上，定量分析了不同紋波抑制方法的效果，指出陷波濾波器較平均電流控制在動態性能方面的優勢。最后，通過實驗進行驗證，并給出了紋波抑制前后的系統效率曲線。
關鍵詞：變換器；低頻紋波；陷波濾波器；動態響應

1 引言
在不間斷電源、光伏和電動汽車等分布式發電系統中，為獲得負載所需115 V或220 V交流電，系統通常需采用DC／DC+DC／AC兩級式結構。由于逆變器瞬時功率中含兩倍頻脈動量，則前級DC／DC變換器輸入電流將含有低頻脈動量，對直流輸入源產生不利影響。相關標準對輸入電流紋波值給出了明確規定。目前關于低頻紋波抑制的研究均是針對后級為全橋逆變器的架構，而對于逆變級為雙Buck逆變器的前級DC／ DC變換器輸入電流紋波抑制方法，尚無文獻進行詳細分析。
在此基礎上，這里對后級為雙Buck變換器的兩級式逆變器兩倍頻脈動功率進行了分析，引入陷波濾波器來實現雙Buck逆變器負載時DC／ DC變換器輸入側低頻紋波抑制，分析了不同紋波抑制方法時系統的動態響應，并給出系統效率曲線。

2 不同類型逆變器時脈動功率分析
2．1 全橋逆變器時
當后級為全橋變換器時，兩級式逆變器結構如圖1所示。對于線性負載，其輸出電壓、電流為：

式中：Uo，Io分別為輸出電壓、電流的有效值；ω為輸出電壓的角頻率：φ為輸出阻抗角。

瞬時輸出功率為：
po(t)=uo(t)io(t)=UoIo[cosφ-cos(2ωt-φ)] (2)
由于母線電壓脈動幅值△Ubus占中間母線電壓Ubus的比例很小，假設Ubus為恒定值，若不考慮系統損耗，可得逆變器輸入電流瞬時值為：
iinv=UoIo[cosφ-cos(2ωt-φ)]／Ubus (3)
而△Ubus是由逆變器輸入電流的充放電引起的，故母線電壓脈動頻率為2fo(fo為輸出電壓頻率)，則DC／DC變換器輸入電流為：
iin=UoIo[cosφ-cos(2ωt-φ)]Uin (4)
式中：Uin為DC／DC變換器輸入電壓。
可見，DC／DC變換器輸入電流脈動頻率為2fo，電感電流脈動頻率亦為2fo。
2．2 雙Buck逆變器時
后級為雙Buck逆變器時，兩級式逆變器結構如圖2所示。逆變器正半周期工作時，Cbus放電，Cbus充電；負半周期工作時，Cbus1，充電，Cbus2放電。在一個周期內，Cbus1，Cbus2各完成一次充放電，所以單個母線電容電壓脈動頻率為fo，兩電容電壓之和在一個周期內完成兩次充放電，則脈動頻率為2fo。

雙Buck逆變器無偏置電流工作時，由于DC／DC變換器與逆變器相互作用，DC／DC變換器以半周期模式工作，即在逆變器半周期內，DC／ DC變換器輸出電流僅流過單個直流濾波電感Ldc1或Ldc2，則單個電感電流脈動頻率為fo，兩直流濾波電感電流之和脈動頻率為2fo，DC／DC變換器輸入電流脈動頻率為2fo。

3 雙Buck逆變器時輸入側低頻紋波抑制
3．1 輸入側低頻脈動電流抑制方法
對雙環控制的DC／DC變換器，將電壓控制器的誤差信號作為電流給定。由于采樣的電壓信號中含低頻分量，使電流給定中也含低頻分量，因而使電感電流成為脈動的電流，則輸入電流也隨之脈動。若電流給定低頻含量小，則輸入電流將變得平直。基于此引入陷波濾波器將電流給定中特定的頻率成分消除或大大衰減，從而抑制低頻紋波。

由上節可知，逆變級為雙Buck變換器時，DC／DC變換器以半周期模式工作。因此，DC／DC變換器電壓環采樣母線電壓的一半，電流環采樣兩電感電流之和，引入的陷波濾波器中心頻率設計為fo。DC／DC變換器控制框圖如圖3所示。