单相全桥电压源型逆变器重复控制方法研究

摘要

逆变器是离网发电系统中不可或缺的一个部分，负责把直流电转换为交流电，供交流负荷使用。因此逆变器的性能非常重要，其输出波形主要的性能指标包括快速的动态响应和较低的总谐波失真度。然而死区的存在以及负载类型多样化使得逆变器的输出电压含有大量谐波。针对这一情况，本文以单相全桥电压型逆变器为控制对象，提出了两种基于重复控制补偿的逆变系统控制方案。采用模拟化方法，将以连续系统模型为对象设计的模拟控制器离散化得到数字控制器，实现逆变系统的数字化控制。论文的主要研究成果和创新点如下：
　　（1）建立了基于重复控制补偿的逆变控制系统模型。通过对单相全桥逆变电路拓扑结构和SPWM过程的分析，建立了单相逆变器的数学模型。针对逆变器输出波形含有大量周期性谐波的特征，引入重复控制器消除谐波。
　　（2）提出了逆变系统H?鲁棒重复控制设计方法。通过结合状态反馈控制，?H控制以及重复控制，在状态反馈控制增加系统阻尼比，提高动态性能的基础上，嵌入改进型重复控制器以改善稳态性能。该方法先是基于实际输出滤波器中阻尼电阻的概念，利用虚拟电阻值来确定状态反馈控制增益。然后利用改进型重复控制器的输出特性，将稳定化补偿器的设计问题转化为一个H?输出反馈问题。避免了传统逆变系统重复控制设计过程中，多个控制参数需反复调节的问题。
　　（3）提出了基于连续-离散二维模型的逆变系统重复控制设计方法，并获得二维反馈控制律。首先针对逆变系统数学模型，利用重复控制过程中的二维特性，通过运用连续提升方法，建立对应的二维模型，然后利用选取的李雅普诺夫泛函，推导出线性矩阵不等式形式的稳定性条件，最后由LMI得到控制器参数。克服了传统线性反馈控制律不能独立调节连续控制行为和离散学习行为的缺陷。
　　仿真结果表明，这两种控制策略可以保证逆变系统拥有良好的稳态性能和动态特性。在突加负载或者带整流型负载的情况下，系统依旧能够保证高质量的输出电压波形。

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第一章 绪论

1.1 背景及意义

1.2 逆变器控制技术的国内外研究现状

1.3 本文的主要内容安排

第二章 逆变器模型的建立和分析

2.1 单相全桥逆变器数学模型的建立

2.2 输出电压波形畸变分析

2.3 本章小结

第三章 重复控制理论

3.1 重复控制理论概述

3.2 逆变重复控制系统中补偿器C(z)的一般化设计方法

3.3 重复控制的二维结构特性

3.4 本章小结

第四章 逆变系统的H∞鲁棒重复控制设计

4.1 基于重复控制补偿的逆变系统结构模型

4.2 逆变系统稳定性分析

4.3 逆变系统的H∞鲁棒重复控制设计

4.4 仿真结果分析

4.5 本章小结

第五章 基于连续-离散二维模型的逆变系统重复控制设计

5.1 基于重复控制补偿的逆变系统二维模型描述

5.2 基于二维Lyapunov泛函的系统稳定性分析

5.3 逆变系统重复控制设计

5.4 仿真结果分析

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 本文取得的研究成果和结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附录A