三相PWM逆变器数字控制技术研究--《华中科技大学》2013年硕士论文
三相PWM逆变器数字控制技术研究
【摘要】：随着半导体功率器件的飞速发展和各种控制方法的不断提出，逆变电源得到了快速的发展。数字控制凭借其出众的控制能力，易于标准化生产等的优点很好地满足了电源模块化，高可靠性的发展趋势。本文主要介绍逆变器的数字控制技术。
论文第一章介绍了逆变器的一些基础知识及数字控制的特点，包括其较模拟控制的一些优势及其一些问题，比如量化误差和滞后一拍。论文第二章介绍了abc、dq坐标系下三相逆变器的数学模型，并分析了dq坐标系下负载的特性。论文第三章从电路的原理出发推导了逆变器在离散域下的数学模型，并通过比较该模型与仿真的稳定性验证了模型的精确性，基于该模型本文设计了电感电流内环，电压外环的双环PI控制器，通过零极点图分析了直流电压波动对于逆变器稳定性的影响，发现在直流电压波动+25%，系统依然能够稳定。再次，本文推导了电容电流反馈、电感电流反馈时逆变器的输出阻抗模型，本章最后进行仿真和实验，验证了所设计的控制器的有效性并发现逆变器带整流性负载时输出波形较差。本文第四章将谐振控制器引入到逆变器的控制中。通过比较不同的离散化方法对谐振控制器的影响，最终选择了零阶保持器加超前一拍的离散方法，通过分析系统谐波含量确定谐振控制器的谐振频率，通过比较双环PI控制器和双环PI控制器加谐振控制器的的开环波特图确定谐振控制器的增益，最终确定所需的谐振控制器，并通过系统的零极点图验证了系统的稳定性，最后进行仿真和实验，由结果可知，系统较具有更好的抑制谐波的能力，从而验证了谐振控制器的对于抑制谐波有效性和控制器设计方法。
【关键词】：
【学位授予单位】：华中科技大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2013【分类号】：TM464【目录】：
摘要4-5ABSTRACT5-91 绪论9-17 1.1 逆变器的分类及应用9-10 1.2 逆变器的控制技术10-13 1.3 数字控制特点13-16 1.4 本文主要研究内容16-172 三相逆变器数学模型及其分析17-31 2.1 abc 坐标系下逆变器对象模型及分析17-25 2.2 坐标变换及 dq 坐标系下对象模型25-28 2.3 dq 坐标系下负载的影响分析28-30 2.4 本章小结30-313 数字域下的双环控制器设计及分析31-54 3.1 逆变器模型离散化及控制器设计31-42 3.2 逆变器输出阻抗分析42-46 3.3 仿真及实验结果46-52 3.4 本章小结52-544 谐振控制器在逆变器中的应用54-63 4.1 谐振控制器基本形式54-55 4.2 谐振控制器设计55-59 4.3 仿真及实验结果59-62 4.4 本章小结62-635 总结63-64 5.1 全文总结63 5.2 工作展望63-64致谢64-65参考文献65-68
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随着世界能源紧缺和环境污染问题的日益严重，新能源的发展越来越受到世界各国的关注。太阳能作为一种清洁的绿色能源，在光伏发电系统中具有广阔的发展前景。　　
光伏并网发电是太阳能发电系统应用的发展趋势，并网逆变器是光伏并网发电必不可少的。传统的光伏并网系统中的逆变器多采用电压型PWM逆变器，它只能工作在直流电压恒定且高于电网电压峰值的情况，采用的拓扑结构通常为两级或多级形式。这不仅增加了功率损耗而且电路结构也较复杂。而电流型PWM逆变器可工作在直流电压低于电网电压峰值的场合，且能够实现直流侧电压宽范围调节，用于光伏并网系统中可以省掉电压型PWM逆变器的升压环节，结构简单、成本低，可以很好地适应光源从弱光到强光的特性。本文着重研究了三相光伏并网电流型PWM逆变器及其控制策略，主要包括以下几方面内容。　　
首先分析了三相光伏并网电流型PWM逆变器的工作原理，建立了在三相静止坐标系下的低频模型和高频模型。提出了电流型PWM逆变器的SPWM调制信号的产生和分配技术，通过自然采样规则将电压型二值逻辑信号转化为电流型三值逻辑SPWM信号，并按照最小开关原则分配零矢量。在研究光伏电池的输出特性基础上建立了光伏电池的通用仿真模型，基于该模型完成了整个系统的仿真分析。在综合比较各种最大功率点跟踪(MPPT)算法的基础上提出变步长电导增量法。对三相光伏并网电流型PWM逆变器的主电路参数进行了设计，详细介绍了直接电流控制策略的原理，并将这一控制策略应用于并网系统中，对整个系统进行了PI参数设计。　　
在理论分析的基础上，对整个系统的硬件电路设计进行了详细的介绍，构建了一套lkW实验样机，实验验证了上述理论分析的结果。实验结果表明将直接电流控制策略应用于三相光伏并网电流型PWM逆变器，不仅实现了逆变器网侧电流正弦化并与网侧电压同相位，而且实现了直流侧电压宽范围调节，提高了系统动态性能，更适合于光伏并网。　　
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