作者：华南理工大学 谢运祥 薛英杰（广州510640） 来源：《电源技术应用》

摘要：分析了逆变电源消谐控制方法的模型、求解算法以及控制系统等方面的研究现状，指出该方法一直未能获得应用的根本原因，提出了通过“硬件同伦积分器”实现消谐方法的实时控制新思想，并分析了其可行性。 关键词：逆变器 谐波 实时消谐控制

1 引言

逆变器是电力电子装置中的重要组成部分，是不间断电源、交流电气传动、中频电源等许多设备的核心，因而其研究工作倍受人们的关注，研究的焦点是如何方便地调节逆变电源的输出电压和频率，并降低谐波含量，改善输出波形。迄今为止，降低谐波含量和调节输出电压（大小或频率）的常用措施有：

（1）对逆变电源的开关管进行高频pwm调制，使逆变器输出为高频等幅的pwm波；

（2）通过改变逆变电源主电路拓扑结构，在主电路上进行波形重构以实现阶梯波形输出，减小低阶高次谐波含量。

对于高频pwm调制来说，开关频率越高，谐波含量越小，但开关损耗也越大，故不宜用在大功率逆变电源中。而波形重构方式往往需要多个逆变器来实现电压的叠加。波形重构的级数越多，出现的最低谐波次数越高，但主电路和控制电路也越复杂，相应地控制难度也越大，输出电压的调节也不甚方便，因此这种方式通常只在大功率逆变电源中采用。理论分析表明，早在1973年提出的消谐控制策略[1][2]能有效地克服上述问题，它只需要较少的开关脉冲数即可完全消除容量较大的低阶高次谐波，取得很好的滤波效果，具有开关频率低、开关损耗小、电压利用率高、滤波容量小等许多优点，是实现逆变电源pwm控制的理想方法。然而该方法经过近二十年的研究至今仍未实际应用，其主要原因是消谐模型的求解复杂，难以获得实时控制效果[3－7]。随着科学技术的不断进步，这一问题终究会得到解决，从而使消谐方法走向实用。

2 消谐pwm模型的分析

利用pwm调制来调节输出电压和降低谐波含量是目前最为普及的技术，在中小功率逆变电源中应用非常广泛，pwm的生成方法也很多[3]。消谐pwm控制就是一种经过计算的pwm控制策略[2－3]，其基本方法是：通过pwm控制的傅里叶级数分析，得出傅里叶级数展开式，以脉冲相位角为未知数，令某些特定的谐波为零，便得到一个非线性方程组，该方程组即为消谐pwm模型，按模型求解的结果进行控制，则输出不含这些特定的低次谐波。消谐模型的建立是与pwm控制方式相关的，以电压型逆变器为例，根据不同的pwm特点，建立的模型可归纳为两种：即单极性脉冲控制模型和双极性脉冲控制模型。

图1所示的逆变器，若在正半周内使开关器件s1、s4处于通断变换状态时，而s2、s3一直关断，则输出为单极性正脉冲，而在负半周对开关器件s2、s3通断控制，而s1、s4一直关断，则输出为单极性负脉冲，因此脉冲波形可用图2（a）表示。在这种控制方式下，为了降低开关损耗，可使同一桥臂中的一个开关管（如s2或s4）在半个周期内一直处于导通状态。pwm波形的获得靠桥臂的另一个开关管的通断来实现。图2（a）波形的傅里叶级数表达式为：

若每个桥臂上的两个开关器件是互补通断的，则输出pwm波形为双极性的，如图2（b）所示，此时的傅里叶级数展开式为：

在上述两个模型中，若在1/4周期内有n个脉冲，则可用来消除n－1个特定的谐波。

3 消谐模型的求解算法

消谐模型以往都是采用牛顿迭代法来求解[4－8]，其初值的选取与迭代过程所需的时间及收敛性质密切相关，若初值选得不好，离真实解距离太远，将导致迭代运算时间很长甚至不收敛，而在求解前要获得离真实解不远的初值并非一件容易的事，若要设想在实时调节过程中进行求解运算，则迭代初值的获取更为困难。当然文献[4]虽然总结了一套选取初值的办法，但仍不是最有效的方法。为了改善收敛特性，也可在牛顿迭代算法中采用超松弛因子，但是这