逆變器按照直流側(cè)電源特性分為電壓源型逆變器（Voltage Source Inverter, VSI）與電流源型逆變器（Current Source Inverter, CSI）。VSI只能工作在直流電壓恒定且高于交流側(cè)電壓峰值的場(chǎng)合，并且輸入電流脈動(dòng)大，需要插入死區(qū)防止出現(xiàn)上、下橋臂直通。與VSI相比，CSI具有升壓作用，無(wú)需直通保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。在單級(jí)升壓大容量變換場(chǎng)合，尤其是光伏電池并網(wǎng)系統(tǒng)中，CSI相比VSI更加適用。

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)電流源型逆變器的研究已經(jīng)取得了顯著的成果。文獻(xiàn)[9]以配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償為背景，將電流型空間矢量調(diào)制策略（Space Vector Pulse Width Modulation, SVPWM）運(yùn)用到靜止無(wú)功發(fā)生器中，取得了一定的補(bǔ)償效果，但是未考慮儲(chǔ)能電感電流充放電的問(wèn)題。

文獻(xiàn)[10]分析了CSI疊流時(shí)間的作用機(jī)理，根據(jù)當(dāng)前電流、電壓的極性關(guān)系，采用正鋸齒或負(fù)鋸齒載波信號(hào)以減小疊流時(shí)間產(chǎn)生的非線性誤差。文獻(xiàn)[11,12]分別針對(duì)CSI的共模電壓、共模電流問(wèn)題，對(duì)電流型空間矢量調(diào)制技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，共模電壓、共模電流得到有效抑制。

文獻(xiàn)[13]為了實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能電感電流的控制，在儲(chǔ)能電感前增加一個(gè)電流源型整流器，通過(guò)控制占空比實(shí)現(xiàn)對(duì)母線電感電流的控制，提出了電流最大調(diào)制比控制策略，即在不出現(xiàn)過(guò)調(diào)制的前提下使母線電流保持最小，降低損耗。但是該拓?fù)涫腔诮涣?直流- 交流（AC-DC-AC）類(lèi)型的變換器，前級(jí)需要一個(gè)大功率的三相交流電源，不適用于DC-AC逆變器。

文獻(xiàn)[14-16]在直流側(cè)引入準(zhǔn)Z源電流源型變換器，從理論上推導(dǎo)出該拓?fù)涞膸追N工作模式與運(yùn)行范圍，量化了輸出電壓與控制變量及功率因數(shù)之間的關(guān)系。但是未能對(duì)準(zhǔn)Z源電流源型逆變器的輸出電壓控制策略進(jìn)行研究，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜。文獻(xiàn)[17]在直流電源與儲(chǔ)能電感之間增加了一個(gè)H橋環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)直流電壓到電流的變換，能夠在不影響交流輸出的前提下實(shí)現(xiàn)直流儲(chǔ)能電感電流的穩(wěn)定，但是開(kāi)關(guān)器件數(shù)量過(guò)多，損耗增大。

相較以上兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，文獻(xiàn)[18]對(duì)傳統(tǒng)電流源型逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，在儲(chǔ)能電感上并聯(lián)旁路開(kāi)關(guān)器件，通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)器件的控制能夠有效抑制直流側(cè)儲(chǔ)能電感電流的不斷增加，降低儲(chǔ)能電感的設(shè)計(jì)值。但是沒(méi)有給出直流側(cè)儲(chǔ)能電感電流的具體控制方法以及基于改進(jìn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的調(diào)制策略。

文獻(xiàn)[19]針對(duì)三相電流源型永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下分別采用不同的解耦方法設(shè)計(jì)出幾種定子電流控制策略，但是僅對(duì)交流側(cè)進(jìn)行建模，未考慮空間矢量調(diào)制過(guò)程中對(duì)儲(chǔ)能電感電流的影響。文獻(xiàn)[20]從電機(jī)控制系統(tǒng)在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（dq軸系）下的解耦性、抗擾動(dòng)能力以及魯棒性三個(gè)方面對(duì)實(shí)系數(shù)、復(fù)系數(shù)兩種形式的PI調(diào)節(jié)器展開(kāi)研究，為PI調(diào)節(jié)器的選取、參數(shù)設(shè)置提供借鑒。

文獻(xiàn)[21]針對(duì)逆變器并網(wǎng)裝置中電流所產(chǎn)生的高次諧波問(wèn)題，提出了一種集無(wú)差拍控制和改進(jìn)型重復(fù)控制于一體的復(fù)合控制策略，能夠有效改善波形質(zhì)量且穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)性能良好。

本文在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，以三相電流源型PWM逆變器作為研究對(duì)象，針對(duì)改進(jìn)后的CSI拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的三種工作模式進(jìn)行分析，提出一種基于儲(chǔ)能電感電流控制的調(diào)制策略以及儲(chǔ)能電感電流最優(yōu)給定值的確定方法，在dq軸系下設(shè)計(jì)負(fù)載電流的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。最后通過(guò)仿真與實(shí)驗(yàn)對(duì)比驗(yàn)證了論文提出的調(diào)制與控制策略的正確性。

圖22 CSI樣機(jī)外觀圖

結(jié)論

仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致證明了本文提出的調(diào)制策略與控制方法的可行性，解決了傳統(tǒng)CSI逆變器儲(chǔ)能電感電流斷續(xù)或持續(xù)增加的問(wèn)題，最終得到以下結(jié)論：

1）在改進(jìn)型CSI拓?fù)渲幸肜m(xù)流開(kāi)關(guān)模式，在調(diào)制過(guò)程中能夠根據(jù)直流儲(chǔ)能電感電流與指令值的大小關(guān)系，確定當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期對(duì)續(xù)流模式和充磁模式的選擇。實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能電感電流的主動(dòng)控制，解決了傳統(tǒng)三相CSI儲(chǔ)能電感電流斷續(xù)或持續(xù)增加的問(wèn)題。

2）推導(dǎo)出儲(chǔ)能電感電流最優(yōu)給定值的確定方法，能夠根據(jù)元器件參數(shù)與期望負(fù)載電流的幅值、頻率計(jì)算得到。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果均證明了該設(shè)計(jì)值在滿足交流側(cè)電流需求的前提下能夠?qū)?chǔ)能電感電流維持在一個(gè)盡量小的范圍，有效提高電流利用率并降低損耗。

3）本文在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下設(shè)計(jì)了電壓內(nèi)環(huán)-電流外環(huán)控制系統(tǒng)，負(fù)載電流的控制效果良好，無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，與儲(chǔ)能電感電流之間不存在耦合關(guān)系，能夠獨(dú)立控制。