逆变系统是新能源发电过程中最重要的部分，它的作用是将直流电转换为一般设备需要的交流电[1]。逆变器作为风能、海洋能等新能源发电技术的关键载体，对它的研究是新能源发展和应用的重要内容[2]。逆变性能的不断优化可对智能电网的建设和新能源设备制造业的发展起到积极推动作用，这样更有利于我国新能源产业的发展[3,4]。

逆变器的种类较多，笔者着重研究SPWM逆变器的死区对其逆变性能的影响和所需的补偿方法。SPWM逆变器的死区时间如果设置过小，会造成桥路发生直通，元件会因短路而损坏；反之如果过大，则会造成输出波形失真，输出效率也因此下降[5]。笔者借鉴前人对逆变死区的研究，选择了目前应用较为广泛且技术较为成熟的两种死区补偿控制策略：电流反馈脉冲调整与重复控制(其原理见文献[6，7] )，同时在重复控制的基础上提出直流母线电压前馈补偿措施。其次，利用实验室现有的条件在空载条件下测试自制逆变器输出电压的质量并分别测试添加不同补偿方式后输出电压的改善情况。最后在逆变器满载的情况下测试输出电压的质量。

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1 死区效应的分析

以延迟导通注入死区时间的方式为例。在图1所示的半桥SPWM逆变中，U1、U2是加入了死区时间TD后的开关管控制信号，文献[8]分析了在死区时间内开关管T1、T2和二极管VD1、VD2工作的4种状态和死区效应的特点。

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图1 半桥SPWM逆变示意图

通过文献[9]的研究可知，死区效应会产生附加基波电压，引起实际输出基波电压下降，同时死区效应还会产生附加的谐波电压，因此死区的存在直接影响逆变器的输出电压质量。

在音乐教学过程中，教师要善于发现学生在音乐方面的点滴进步，要学会用和蔼的态度、亲切的话语赞美学生的进步，缩短教师与学生心灵上的差距，对积极主动回答问题的学生要进行肯定与赞扬。例如，教师可以用“你的声音非常好听”“你非常善于思考”等话语来激发他们学习音乐的热情。教师良好的评价对于学生而言是非常有益的，每位学生都喜欢被教师肯定与赞扬，并且学习兴趣的激发往往与积极的外界评价有紧密的联系。通过这种积极性评价，学生在音乐教学课堂中也愿意主动思考和主动回答问题，学生的思维也越来越活跃，学习音乐的热情也越来越高。

2 死区效应的补偿方法

死区效应在每个开关周期内都会产生一次固定宽度与幅值的附加脉冲，那么最直接的调节方式就是对这个附加脉冲进行补偿，电流反馈型脉冲调整方法采用文献[10]中的死区效应软件补偿方式。但是单独采用这种方式不足以更好地优化输出电压质量，因此再添加重复控制这一补偿方法。

在重复控制中，输入信号的波动会在一定程度上影响输出信号的质量。逆变系统中，输入的源头是直流母线电压，其波动会造成输出电压谐波占比增加。考虑在调制过程中，三角载波的频率远高于母线电压的波动频率，因此提出通过直流母线电压的采样前馈作用来实时调整载波的形状，以更好地配合直流母线电压来降低死区效应，输出更高质量的电压。具体措施是定义一个前馈系数K：

 

(1)

式中 E——直流母线电压；

Uc——母线电压的参考值(常数)。

在自制的逆变器中，先做一组控制死区时间的实验，随后控制死区时间为2μs，分别对加入重复控制补偿、加入脉冲调整补偿以及同时加入两种补偿措施做3组实验，对比实验结果分析得出最好的控制方法。

它的设计集中在低通滤波器Q(z)的选值上，选择标准要兼顾系统的稳定性和收敛速度，当重复控制器的内模输出了包含指令和扰动信息的信号后，经内模信号的传递函数差分形式为：

  

图2 重复控制系统原理

 

d——扰动； dref——参考信号； dout——系统输出； e——误差信号； Vc——经过补偿后的参考信号； z-N——周期延时环节； N——在一个基波周期内的采样次数；Q(z) ——辅助补偿器； P(z) ——受控对象传递函数； S(z)——补偿器； urp——补偿器的输出

从输入参考指令dref到跟踪误差e的传递函数为：

 

(2)

先天性马蹄内翻足，是一种明显的畸形。宝宝一出生即可识别，甚至在妈妈孕期B超检查也能发现。是由足下垂、内翻、内收三个主要畸形综合而成。

通过两次实验结果的比较，可以看出死区时间的长短对逆变器输出电压的质量有着明显的影响。死区时间稍微增加一点，输出电压的畸变率就大幅提升2～3倍，输出的低次谐波占比也明显升高。第1次实验中设置的死区时间为1.2μs，可以看出较小的死区时间对逆变器的输出电压有明显的改善，所以对于一些死区时间设置较小的逆变器来说消除死区效应的需求并不迫切，但是并不是所有逆变器死区时间的设置都这样小，由于机器自身或者其他原因，也有可能设置更长一些，造成输出电压的畸变率和3次谐波占比都相应升高，所以要考虑加入其他的补偿措施。

Vc=Qu(k-N)+e(k)

(3)

重复控制器内模产生函数的离散形式为：

 

(4)

与此类似，从扰动输入d到跟踪误差e的传递函数为：

 

(5)

其中E(z-1)、V(z-1)和D(z-1)分别为e、Vc和d的z变换式。

控制其他条件不变，将死区时间设为2.0μs，测得空载下的输出电压畸变率为1.92%，最高的3次谐波占比为1.71%，结果见表2。

3 实验波形

前馈补偿是由电流环控制器Gi(S)输出直流母线电压，经系数K来实时调整三角载波配合母线电压，通过比较器调制输出。输出信号需再次经过重复控制器的调整使得输出电压达到最佳效果。重复控制器的设计依赖于内模原理，具有良好的基波和谐波扰动抑制能力，用在逆变器中可以有效提高输出电压的质量(图2)。

3.1 死区时间对输出电压畸变的影响

根据死区效应中输出电压畸变与死区时间成正比的特点，在逆变器中仅将死区时间设置为1.2μs，测量空载下的输出电压畸变率在0.70%左右，最高的3次谐波占比为0.51%，结果见表1。

 

表1 死区时间为1.2μs时的谐波占比

  

谐波次数频率/Hz电压有效值/V谐波占比/%基波50．0435．000100．002次谐波99．90．5360．123次谐波150．02．2200．514次谐波200．00．0540．015次谐波250．00．8740．206次谐波300．00．1940．047次谐波350．00．1620．048次谐波400．00．5180．129次谐波450．00．2150．0510次谐波500．00．1800．04

重复控制器的每个周期输出增量是上个周期输出量的Q倍，当输入量减小为输出量的(1-Q)倍时，累加的过程就会自动结束，而此时系统的稳态误差就是输入量的(1-Q)倍，再设计尽量使控制对象输出完美的跟踪指令信号[11]。Q一般取小于1.00的常数来增加系统的稳定性，本次实验中取值为0.95。重复控制器的重复控制内模由Q(z)与周期延时环节z-N经正反馈后构成，其中N的值为采样频率fs和电压频率f0的比值，N=fs/f0=20000/50=400，即一个基波周期内的采样次数。z-N使控制动作延迟一个周期执行，在逆变系统中参考信号和扰动信号都是重复执行的，可以认为控制信号是领先下一周期的。补偿器S(z)是重复控制器的核心，它的设计与控制对象P(z)有关，这里将它取为截止频率为1.25kHz的六阶巴特沃斯数字滤波器，其作用是提供相应补偿和幅值补偿用以抵消LC滤波组合的谐振峰值，最终使补偿后的控制对象具有零相移、零增益的特性，确保重复控制系统的稳定性。

 

表2 死区时间为2.0μs时的谐波占比

  

谐波次数频率/Hz电压有效值/V谐波占比/%基波50．0433．000100．002次谐波99．91．2000．283次谐波150．07．4001．714次谐波200．00．5810．135次谐波250．03．0300．706次谐波300．00．3260．087次谐波350．00．8210．198次谐波400．00．2760．069次谐波450．00．2680．0610次谐波500．00．2940．07

综上所述，为了使得外国游客在中国境内旅游的时候能够清楚地明白我们想要传递和表达的旅游知识，就要求我们把自身的文化进行类比，是其和国外的文化形成联系，让外国人能够接受即可。但是这样做的前提是，一定要在保证不动摇我国文化特色的基础上，借助外部的旅游宣传手段来进行旅游知识的弘扬。这将使得我国高校的旅游英语翻译专业如火如荼，也加强了文化之间的传递性和促进性提升。

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3.2 单独加入重复控制补偿

为验证选择的补偿措施对改善死区效应的效果，将死区时间设定为2.0μs，加入重复控制补偿措施进行实验。对比3.1节实验中单独加入逆变死区时间2.0μs的实验结果，单独加入重复控制补偿可使输出电压的畸变率由1.92%降低至1.50%，3次谐波占比从1.71%降低到了1.34%(表3)，这种补偿措施的结果对于需要微量调整的输出电压来说，改善的效果是相当可观的。

 

表3 死区时间为2.0μs时单独加入

 

重复控制补偿的谐波占比

  

谐波次数频率/Hz电压有效值/V谐波占比/%基波50433．000100．002次谐波1000．6530．153次谐波1505．8001．344次谐波2000．3960．095次谐波2502．1500．506次谐波3000．5100．127次谐波3500．5780．138次谐波4000．3020．079次谐波4500．3010．0710次谐波5000．2730．06

3.3 单独加入脉冲调整补偿

将逆变死区时间设为2.0μs，仅加入脉冲调整补偿进行实验。对比实验1的结果，输出电压畸变率由1.92%降到1.53%，3次谐波占比从1.71%降至1.37%(表4)，可以看出加入脉冲调整补偿可以改善输出电压质量。但对比3.2节中单独加入重复补偿措施对电压的改善效果，脉冲调整补偿的效果稍逊于重复控制。原因是脉冲调整补偿仅针对死区效应引起的周期性干扰，而重复控制在理论上能抑制所有的周期性干扰。

 

表4 死区时间为2.0μs时单独加入脉冲调整补偿的谐波占比

  

谐波次数频率/Hz电压有效值/V谐波占比/%基波50434．000100．002次谐波1000．5360．123次谐波1500．5971．374次谐波2000．1550．045次谐波2500．2150．496次谐波3000．3030．077次谐波3500．7110．168次谐波4000．3870．099次谐波4500．2690．0610次谐波5000．3320．08

3.4 两种补偿方法共同作用

将两种补偿措施同时作用在逆变器进行实验。将死区时间仍设置为2.0μs，同时加入两种补偿措施，电压畸变率从1.92%降到1.40%，3次谐波占比从1.71%降低到0.86%(表5)。

 

表5 死区时间为2.0μs时同时加入两种补偿的谐波占比

  

谐波次数频率/Hz电压有效值/V谐波占比/%基波50443．00100．002次谐波1003．5600．803次谐波1503．7900．864次谐波2000．7220．165次谐波2502．1600．496次谐波3001．1700．267次谐波3501．1700．268次谐波4000．7900．189次谐波4500．3180．0710次谐波5000．3650．08

最后一组实验还是将逆变器的死区时间设置为2.0μs，在测试中当R满载时，逆变器输出电压的畸变率约为3.00%，但这种输出效果距所需达到的指标还有差距，随后加入脉冲调整补偿后，测得输出电压的畸变率为2.30%，降低0.70%的幅度对于一个灵敏的逆变器来讲，得到的结果已经大幅改善。逆变器输出电压还需测量其他数据，在实验中发现加入补偿措施并不会对逆变器的其他性能产生影响。

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4 结束语

提出了使用重复控制器的一种新方案，并且在实验室自制的逆变器中做了相关的实验，得出的结果证明了该方法的有效性。母线电压的前馈作用实时调整载波形状，同时结合重复控制的优点,对各种周期性干扰都能产生抑制作用，因此补偿效果最明显；脉冲调整的优点是实现简单，由于它是专门针对死区的补偿措施，因此死区时间设置越大时，其改善效果越好，这两种补偿方式一起用在逆变器上会使输出电压的质量更好。

参 考 文 献

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