单相逆变器输出波形控制技术研究

摘要

近年来，随着社会的发展，现代电力电子技术水平不断提高，各种非线性用电设备的数量和比重都在增加，逆变器的波形控制技术迅速发展，对低谐波、高精密、响应速度快的逆变电源需求逐渐增多，逆变电源的高精度与低谐波性能对保护用电设备和减小逆变电源对电网污染等方面起着巨大的作用，目前存在了各种各样波形控制技术。
　　本文以单相逆变器带非线性负载为研究对象，分析逆变器的几种闭环控制方法来补偿输出波形的畸变，提高输出电压波形质量，研究目标是使逆变器的输出电压波形具有良好的稳态和动态性能。
　　首先建立了单相逆变器的数学模型，分析单相逆变器的输出滤波器参数选择方法，确定了输出滤波器的滤波电感和滤波电容的实际参数，分析了逆变器输出波形产生畸变的各种影响因素。
　　然后通过闭环控制的方法来提高输出波形的质量，介绍了重复控制的原理，对单相逆变器采用重复控制进行时域、频域仿真分析，仿真结果说明重复控制能使系统具有优良的稳态性能，输出电压的THD较低，但重复控制存在一个基波周期的延迟会使系统的响应速度变慢。为了弥补重复控制的缺点，研究了基于重复控制的PI双闭环控制，分析了PI双闭环控制的电流内环的设计方案，时域、频域的仿真分析说明基于重复控制的PI双闭环控制能使逆变器的输出波形系统具有较好的稳态和动态性能，输出电压的THD较低，但是这种复合控制方法的系统稳态性能没有单独重复控制好。基于阻抗调节的重复控制是将重复控制和极点配置结合使用，利用极点配置提高系统的阻尼，改善逆变器的动态性能，降低逆变器的输出阻抗，经过时域、频域的仿真分析，说明基于阻抗调节的重复控制使逆变器的输出波形具有良好的稳态和动态性能，输出电压的THD值比单独重复控制时小。
　　单纯的LC滤波器存在瞬态振荡，通过虚拟阻抗技术增加系统的阻尼，使逆变器输出滤波器具有瞬态振荡抑制效果好、损耗低、易实现等优点。可以在单相逆变器的波形控制仿真和实验中采用虚拟阻抗技术，这样不仅可以消除输出滤波器的瞬态振荡，还能提高逆变器的传输效率，改善输出波形质量。
　　最后根据以上的研究搭建以STM32F407IG型号的ARM控制芯片为核心的实验平台，设计各部分硬件电路，编写各个算法的软件程序，实验结果表明，本文采用的波形控制方法能正确有效地实现本文的研究目标。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 逆变器波形控制重要性

1.3 逆变器波形控制方法概述

1.4 本文的主要研究内容

第2章 单相逆变器的建模与分析

2.1 单相逆变器的数学模型

2.2 单相逆变器的输出滤波器

2.3 逆变器输出波形畸变的原因分析

2.4 本章小结

第3章 单相逆变器的控制器仿真设计

3.1 单相逆变器重复控制器的仿真设计

3.2 基于重复控制的PI双闭环控制的仿真设计

3.3 基于阻抗调节的重复控制的仿真设计

3.4 本章小结

第4章 单相逆变器的虚拟阻抗技术

4.1 逆变器的LC输出滤波器瞬态振荡问题

4.2 逆变器的虚拟阻抗实现

4.3 虚拟阻抗的仿真分析

4.4 本章小结

第5章 系统的软硬件设计及实验分析

5.1 逆变器控制系统的硬件设计

5.2 逆变器系统的控制电路设计

5.3 控制系统软件设计

5.4 实验波形

5.5 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