基于下垂控制法的逆变器并联系统分析与仿真研究

摘要

随着现如今经济社会的高速发展，工业生产及社会生活中对于供电质量的要求也越来越高，计算机以及高精度设备和器械的大量投入，则使得其对于供电的质量更为苛刻。一方面，这需要有较高可靠性的电源来保证供电，另一方面，也希望可以有更大容量的电源来提升整个供电系统的运行能力。相对于单个大容量电源而言，在大容量的电源中使用多个模块的并联系统的组成与结构能够有效地提高整个系统的可靠性与安全性，同时使得整个设计更标准化也更容易进行系统维护，故而被学界视为最为主流的电源技术发展方向之一。其中，多模块并联所构成的逆变系统更是具有很高研究价值的热点之一，而其研究最为关键的部分便在于对于环流的抑制与功率的均分情况。
　　首先，本文建立了单相全桥逆变器的模型，并对于包括单极性、双极性以及单极性倍频调制方式下的LC滤波电路进行了研究与分析，选定单极性倍频方式作为整个系统的逆变器调制方式，同时也确定了LC滤波器的参数。对于单台逆变器的控制方式则采用的是带前馈的电感电流内环电压外环的双环控制技术，并利用具备有高准确性的极点配置方法对于电压电流双环的PI控制器确定了参数。对于LC滤波器与电压电流双环均在MATLAB/Simulink中搭建了响应的仿真模型，并测试了其在带变化的线性负载与非线性负载上的动、静态性能，验证了前述的理论分析。
　　其次，本文建立了逆变器并联系统的基本模型，分析了并联系统中环流的产生与影响，并由此进一步分析了运用传统下垂控制方案来抑制系统环流。但由于在使用传统下垂控制方案时对于线路的阻抗特性进行了纯感性的简化分析，从而限制了传统下垂控制方案的适用环境，因而对于传统下垂控制方案进行了改进，充分考虑到了低电压系统中线路特性阻性成分不可忽略的特点，使得改进之后的下垂控制方案对于不同的线路特性皆可适用。同时，在改进下垂控制方案的基础上加入了基于二阶广义积分器的虚拟阻抗部分，进一步提升了整个并联系统在不同的输出环境与负载环境下的性能。
　　最后，在MATLAB/Simulink平台上搭建了两单逆变器模块并联的逆变系统，并对于前述分析的两类不同的下垂控制方案与虚拟阻抗进行了仿真验证与性能测试。仿真结果显示，采用改进的下垂控制方案在功率均分上实现更好的平衡，且对于不同的线路特性皆具有良好的并联表现。对于虚拟阻抗部分主要测试其在带非线性负载、负载突变以及逆变模块投切时的输出情况与功率分配情况，仿真结果显示采用虚拟阻抗在前述各种不同的线路环境、输出环境与负载环境下皆可以实现良好的环流抑制与功率均分情况，带有非线性负载时能保证较低的输出THD值，而当负载变化时能实现快速跟踪且功率依旧可以实现均分，同时在模块投切时亦可以保持整个系统运转的稳定。
　　本文对于运用下垂控制方案的单相SPWM逆变器的并联系统进行了研究与仿真，其结果显示这样的并联模型在不同的环境下能够实现稳定的运行，与负载变化时的功率均分。其对研究和改进具有更高可靠性与更强性能的逆变电源而言具有一定的意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景和发展现状

1．2 逆变器控制技术的研究情况

1．3 逆变器并联技术的研究情况

1．3．1 有线并联方式

1．3．2 无线并联方式

1．3．3 PQ下垂控制法的并联控制

1．4 本文的主要研究内容

第二章 单相SPWM逆变器的建模分析与控制策略

2．1．1 LC滤波器转折频率范围

2．1．2 调制方式与电流纹波

2．1．3 滤波电感的计算

2．1．4 LC滤波器的仿真验证

2．2 SPWM逆变器的电压电流双环控制

2．2．1 两种双环控制的结构

2．2．2 基于极点配置的双环PI控制设计

2．3 本章小结

第三章 基于下垂控制的逆变器并联系统

3．1 逆变器并联系统的建模

3．1．1 逆变器并联系统的环流

3．1．2 逆变器并联的下垂控制法

3．2 逆变器并联的虚拟阻抗分析

3．2．1 虚拟阻抗与等效输出阻抗的关系

3．2．2 非复阻抗的虚拟阻抗分析

3．2．3 复阻抗性质的虚拟阻抗分析

3．3 基于二阶广义积分器的虚拟阻抗分析

3．3．1 二阶广义积分器的基本原理分析

3．3．2 二阶广义积分器性能的仿真分析

3．3．3 基于二阶广义积分器的虚拟阻抗原理

3．4 本章小结

第四章 逆变器并联系统的仿真分析

4．1 逆变器并联系统的下垂控制

4．1．1 传统型的下垂控制仿真分析

4．1．2 改进型下垂控制仿真分析

4．2 逆变器并联系统的虚拟阻抗仿真

4．2．1 不同性质的虚拟阻抗仿真

4．2．2 虚拟阻抗的性能仿真

4．3 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献