三相四桥臂逆变电源的状态反馈控制及PWM调制策略研究

摘要

本文以三相四桥臂逆变电路作为分布式接口电路，研究其离网条件下的控制方法，讨论其优化措施，以使其具备良好的负载适应性。论文以传统电压、电流双闭环控制和三维空间矢量调制(3DSVM)理论的学习及其存在问题的分析为基础，讨论了状态反馈控制与不连续3DSVM(D3DSVM)策略结合的可行性，优化了系统的控制特性与传输效率。 首先，以单相全桥逆变电源为例，讨论了状态反馈控制工作原理、状态空间模型建立方法、极点配置方法以及参数选取依据，并分析了其负载适应性与局限性；根据其存在的非线性负载适应性问题，向状态反馈控制中针对性地引入比例谐振(PR)控制器，以增加系统在对应谐波频率点的增益，优化系统在非线性扰动下的输出电能质量；通过仿真与实验的手段，讨论了将这种结合比例谐振控制的改进型状态反馈控制器结构移植到三相四桥臂逆变电源中的可行性与有效性。其次，在不影响系统输出电能质量的前提下，为了降低系统能量传输损耗，在状态反馈控制基础上研究了一类D3DSVM策略，讨论了其不同表现形式下的扇区划分、开关矢量选取、矢量作用时间计算、矢量排序模式等具体实现方法，并对不同D3DSVM策略下逆变电源输出电压谐波畸变率、开关损耗等进行了理论与实验分析。最后，以Matlab/Simulink为仿真平台，并以英飞凌XE164 MCU为控制核心，搭建了系统仿真与物理实验平台，对研究内容的各个部分进行局部、综合仿真与实验，对理论分析与实验结果进行对比分析。 通过对仿真和实验结果的整理与分析，证实理论分析与实验结果具备一致性。三相四桥臂逆变电源输出电能质量在线性、非线性、平衡、不平衡等负载条件下均能满足对应指标要求，验证了本文研究的状态反馈控制及其D3DSVM调制策略的正确性与可行性。

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1.绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 三相四桥臂逆变电源的研究现状

1.2.1 三相四线逆变电源的拓扑发展概况

1.2.2 三相四桥臂逆变电源的控制方法

1.2.3 三相四桥臂逆变电源的调制策略

1.3 本文主要研究内容

2.三相四桥臂逆变电源的拓扑结构及其多环控制与传统三维空间矢量调制策略

2.1 拓扑结构

2.2 逆变电源多闭环控制器结构

2.3 三维空间矢量调制策略

2.4 3DSVM下逆变电源输出电能质量分析

2.5 本章小结

3.状态反馈控制技术在三相四桥臂逆变电源中的应用研究

3.1 状态反馈控制技术概述

3.2 采用状态反馈控制技术的单相全桥逆变电源工作原理分析

3.2.1 单相全桥逆变电源数学模型

3.2.2 单相全桥逆变电源状态反馈控制

3.2.3 状态反馈控制极点配置

3.3单相全桥逆变电源中结合比例谐振控制器的改进型状态反馈控制系统分析

3.3.1 比例谐振控制

3.3.2 结合比例谐振控制器的改进型状态反馈控制

3.4 相间准解耦下三相四桥臂逆变电源状态反馈控制、结合比例谐振控制器的改进型状态反馈控制系统分析

3.5 状态反馈控制下逆变电源输出电能质量分析

3.5.1 单相全桥逆变电源仿真结果及分析

3.5.2 三相四桥臂逆变电源仿真结果及分析

3.6 本章小结

4.三相四桥臂逆变电源的不连续三维空间矢量调制技术

4.1 不连续三维空间矢量调制技术概述

4.2 四种不连续三维空间矢量调制技术

4.2.1 D3DSVM的矢量构成

4.2.2 D3DSVM的具体实现方式

4.2.3 D3DSVM的矢量作用时间计算

4.3 D3DSVM性能分析

4.3.1 输出电压谐波畸变率分析

4.3.2 D3DSVM的开关损耗分析

4.4 D3DSVM下逆变电源输出电能质量分析

4.5 本章小结

5.逆变电源综合系统的实验结果分析

5.1 实验平台概述

5.2 单相全桥逆变电源双闭环控制与状态反馈控制的对比分析

5.3 三相四桥臂逆变电源状态反馈控制及其负载适应性分析

5.4 结合D3DSVM调制技术与状态反馈控制技术的三相四桥臂逆变电源特性分析

5.5 本章小结

6.总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间研究成果