不平衡和非线性负载下四桥臂逆变器控制技术研究

摘要

由于化石能源的不断枯竭，而且化石能源的利用造成环境污染问题日趋严重，清洁可再生能源被广泛应用，从而改变了传统的交流电的发电、供电和用电模式，形成了一种直流电通过逆变器转换为交流电，并用于交流负载的分布式电源转换模式。在这种新的模式下，如果所接负载为不平衡负载和非线性负载，且不加以控制的话，将产生不平衡电压和多次谐波，影响电能质量，为此，需要采取合适的控制技术对逆变器进行控制，实现三相输出电压平衡，降低谐波分量，从而满足电力系统对电能质量的要求。
　　三相四桥臂逆变器具有带不平衡负载的能力，因此本文选取三相四桥臂逆变器。基于该拓扑结构建立了静止坐标系和旋转坐标系的数学模型，为后续控制方法的研究奠定了良好的理论基础。通过分析比较，确定了abc坐标系下的三维空间矢量调制(3D-SVPWM)策略，该策略实现过程简便计算量小。
　　确立了逆变器的控制方法。针对不平衡负载会导致三相电压输出不平衡的问题，本文利用对称分量法将不对称量分解为正序、负序和零序对称量，并通过坐标转换和解耦将各序分量转换成直流信号后，采用PI控制器实现旋转坐标系中电压电流的双闭环控制，由于负序分量与正序分量的旋转方向相反，因此建立了双同步旋转坐标系。对于非线性负载，旋转坐标系中的分量包含不同频率的谐波，并且不能由双同步旋转坐标达到控制目的，因此在电压外环PI控制中加入了模糊准比例谐振控制方法，准比例谐振控制方法起抑制谐波的作用，模糊控制方法可以根据负荷的不同实时改变控制参数，它们的结合可以满足不同负载以及实时变化的负载下的电能质量要求，提高逆变器的稳态性能。
　　在Matlab/Simulink环境下，建立了主电路、正序、负序、零序、调制策略、双闭环、坐标变换等模块的仿真模型，对所采用的三维空间矢量调制策略进行开环仿真分析，然后加入双闭环控制方法进行闭环仿真分析，仿真结果表明:本文运用的控制策略和改进后的控制方法可使三相四桥臂逆变器在不平衡或非线性负载情况下均实现三相输出电压平衡和较小谐波畸变率的目的。

目录

声明

摘要

1．1课题研究背景和意义

1．2三相逆变器国内外研究现状

1．2．1逆变器拓扑结构研究现状

1．2．2逆变器的控制方法研究概况

1．3本文研究内容

2三相四桥臂逆变器的建模与分析

2．1建立基于静止坐标系的数学模型

2．1．1静止坐标abc下的数学模型

2．1．2静止坐标αβ0下的模型

2．2旋转坐标系dq0下的模型

2．3不平衡负载及非线性负载下的数学模型

2．4本章小结

3三相四桥臂逆变器三维空间矢量调制策略

3．1三相四桥臂逆变器调制策略

3．1．1 PWM调制

3．1．2滞环电流调制

3．1．3空间矢量调制

3．2基于αβ坐标系的2D-SVPWM

3．3基于αβγ坐标系的三维空间矢量调制算法

3．4基于abc坐标系的3D-SVPWM

3．4．1开关矢量的选择

3．4．2开关电压矢量作用时间

3．4．3开关矢量的排序

3．5本章小结

4三相四桥臂逆变器控制方法的设计

4．1比例积分(PI)控制器原理

4．2比例谐振(PR)控制

4．2．1准PR控制器

4．2．2准PR控制器的参数设计

4．3基于旋转坐标系的PI双闭环控制

4．3．1系统解耦

4．3．2基于对称分量法的相序分解

4．3．3基于双同步旋转坐标系的PI控制

4．4基于改进的双闭环控制

4．4．1基于PI+准PR的电压环控制

4．4．2基于模糊控制的电压环

4．5本章小结

5三相四桥臂逆变器的建模与仿真结果分析

5．1仿真参数的设置

5．2仿真模型的搭建

5．3开环仿真结果

5．4闭环仿真结果

5．5本章小结

6．1结论

6．2展望

参考文献

在读期间发表的学术论文

作者简介

致谢