基于直接能量控制的DC-AC变换器控制策略研究

摘要

DC-AC变换技术，也称为逆变技术，是将直流电(Direct Current)转变为交流电(Alternating Current)的一项技术。随着天然气、煤炭、石油等传统基础能源被大量使用，人们逐渐意识到传统能源终究会被消耗殆尽，随之人们将注意力转向至新能源方向，如何利用和开发新能源逐渐成为人们的关注点。将获得的新能源从直流的电能转换为恒定电压恒定频率的交流电，进而并网发电，整个过程当中，DC-AC变换技术在新能源的利用以及开发领域起到了非常关键的作用。
　　论文首先选择两种常用的DC-AC变换调制技术，正弦脉冲宽度调制(SPWM)和空间电压矢量脉冲宽度调制(SVPWM)，这两种调制技术被大量的应用于当前的逆变技术当中，配合以PI控制器和电压电流双闭环，实现整套闭环控制。本文从原理上对两种调制方式进行分析，通过分析结果搭建相应的仿真实验平台，选择在MATLAB/SIMULINK中搭建了基于PI控制器的SPWM三相DC-AC变换仿真系统和基于PI控制器的SVPWM三相DC-AC变换仿真系统，并进行了一系列稳态动态实验用来比较两种调制方式，验证两种调制方式的可行性和动态稳态特型。
　　在SPWM调制和SVPWM调制实验的基础上进行能量分析，建立DC-AC变换的能量流动方程。根据两种调制方式在性能上的一些不足，提出了基于直接能量控制的DC-AC变换技术。具备一定相位，频率，幅值的输出电压所代表的能量也是一定的，以能量为系统内唯一控制目标，不使用PI控制器以避免其滞后性所带来的稳态动态效果影响，相关理论建立后进行仿真搭建工作。在MATLAB/SIMULINK中搭建了基于直接能量控制的DC-AC变换系统。经过MATLAB调试仿真，验证了基于直接能量控制的DC-AC变换系统设计思路的可行性和正确性。同时进行了基于直接能量控制的DC-AC变换系统稳态动态特性的相应实验分析，通过对比分析了基于直接能量控制的DC-AC变换技术的优点和不足。
　　在完成基于直接能量控制的DC-AC变换系统总体方案的前提下，论文设计了基于DSP的控制系统并编写了基于直接能量控制的DC-AC变换系统程序。然后，论文对基于直接能量控制的DC-AC变换系统进行了稳态以及动态性能的测试。与SVPWM的对比实验显示了直接能量控制在动态过程中更加优秀的性能，实验结果证明了基于直接能量控制的DC-AC变换系统的正确性和可行性。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题研究背景意义

1．2国内外技术研究现状

1．3论文主要研究内容

第2章传统基于PI控制器的DC-AC变换器控制技术

2．1 DC-AC变换器拓扑结构研究

2．2 SPWM调制方式下DC-AC变换器控制系统设计

2．2．1 SPWM调制分析

2．2．2 SPWM调制方式下DC-AC变换器控制系统仿真实验以及分析

2．3SPWM调制方式下DC-AC变换器控制系统设计

2．3．1 SVPWM调制分析

2．3．2 SVPWM调制方式下DC-AC变换器控制系统仿真实验以及分析

2．4本章小结

第3章基于直接能量控制的DC-AC变换器控制技术研究

3．2 DC-AC变换器内部能量损耗的计算和预估设计

3．3直接能量控制的三相全桥逆变控制策略设计

3．4直接能量控制的三相全桥逆变控制策略仿真分析

3．5直接能量控制与PI控制器的SPWM调制和SVPWM调制对比分析

3．6本章小结

第4章基于直接能量控制的DC-AC变换器硬件平台设计

4．2基于直接能量控制的DC-AC变换器控制电路设计

4．3交流电压以及电流测量电路硬件设计

4．3．1电压以及电流传感器型号选择

4．3．2交流电压测量电路硬件设计方案

4．3．3交流电流测量电路硬件设计方案

4．4故障保护电路硬件设计

4．4．1脉冲割锁电路

4．4．2脉冲互锁电路

4．5 IPM驱动电路设计

4．5．1驱动电源的选型

4．5．2智能功率模块配套电路硬件设计方案

4．6基于直接能量控制的DC-AC变换器硬件平台样机

4．7本章小结

第5章DC-AC变换器控制技术实验验证以及分析

5．1基于直接能量控制的DC-AC变换器控制程序方案

5．1．2滤波算法原理设计

5．1．3基于直接能量控制的DC-AC变换器中断程序设计

5．2基于直接能量控制的DC-AC变换器控制技术硬件实验结果以及分析

5．3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢