单相光伏SPWM逆变器的重复控制策略研究

摘要

开发和利用太阳能等可再生、无污染的新能源是解决当今能源危机和环境污染的有效途径。近年来，太阳能发电成为人们关注的焦点，作为实现电能形式转换的SPWM逆变器也成为研究的热点。本文以单相光伏SPWM逆变器为研究对象，详细分析了其拓扑结构和调制方式并重点对SPWM逆变器的重复控制策略进行深入研究，本文的主要工作如下:
　　1.详细分析了几种常用的光伏逆变器拓扑结构及其工作原理，确定了本文逆变器的拓扑结构;然后，阐述了SPWM调制方式的实现过程以及SPWM波的生成算法;
　　2.介绍了重复控制理论的发展，其中着重介绍了重复控制在逆变器中的应用;介绍了重复控制器的各个组成部分以及一般设计步骤，详细分析了重复控制器各个部分的作用;结合逆变器模型，详细分析了逆变器重复控制器的设计过程，通过仿真验证基于重复控制的逆变器输出电压误差与理论计算误差相近，控制精度得到提高;为了解决重复控制动态性能差的缺点，将PI控制与重复控制相结合用于逆变器输出电压波形控制，仿真结果表明该方案一定程度上提高了逆变器的动态性能;
　　3.针对重复控制器的一般设计方法需要反复调节控制器各部分的参数且控制器存在一个周期延时环节使得系统的动态性能变差，本文将重复控制器的设计通过解决一个标准H∞问题来实现，减少反复调节的过程并兼顾逆变器系统的稳态精度与稳定性;结合小增益原理，分析了H∞重复控制的鲁棒稳定性判断依据;详细分析了H∞重复控制器的设计过程以及控制器的组成;为了提高逆变器的整体性能，提出了基于电感电流状态反馈的重复控制策略，仿真表明采用该策略能很好的克服突加负载的“瞬态”电压跌落问题，在加入整流负载后仍能输出高质量的正弦电压波形;
　　4.搭建了一台基于TMS320F2812的实验样机，详细分析了其硬件设计和软件设计。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 相关技术研究现状

1．2．1 重复控制技术

1．2．2 常用逆变技术

1．2．3 波形控制技术

1．3 本文研究的主要内容

第2章 单相光伏SPWM逆变器工作原理

2．1 主电路拓扑结构

2．1．1 逆变器分类与比较

2．1．2 本文采用的主电路拓扑结构

2．2 正弦脉冲宽度调制技术

2．2．1 SPWM控制的基本原理

2．2．2 SPWM的调制方式

2．3 SPWM波的生成算法

2．3．1 对称规则采样法

2．3．2 不对称规则采样法

2．3．3 等效面积法

2．4 本章小结

第3章 重复控制策略研究

3．1 重复控制基本思想

3．2 重复控制器的结构与功能

3．2．1 改进的重复控制器内模

3．2．2 补偿器

3．3 重复控制器性能分析

3．3．1 稳定性分析

3．3．2 扰动抑制特性分析

3．3．3 稳态误差分析

3．4 基于重复控制的逆变器控制方案

3．4．1 全桥逆变器建模

3．4．2 重复控制

3．4．3 PI控制和重复控制相结合

3．5 本章小结

第4章 基于H∞控制理论的重复控制策略研究

4．1 H∞控制理论发展概述

4．2 H∞控制理论性能指标设计思想

4．3 标准H∞控制问题

4．4 鲁棒稳定性分析

4．5 基于电感状态反馈的H∞重复控制策略

4．5．1 逆变器动态性能改进与建模

4．5．2 H∞重复控制器设计

4．5．3 仿真验证

4．5．4 分析参数u1对控制器性能的影响

4．6 本章小结

第5章 单相光伏SPWM逆变器的硬件设计和软件设计

5．1 逆变器系统总设计

5．2 功率电路参数设计

5．2．1 BOOST升压电路的参数设计

5．2．2 全桥逆变电路参数设计

5．3 控制系统硬件设计

5．3．1 DSP最小系统

5．3．2 光耦驱动电路设计

5．3．3 隔离电路

5．3．4 驱动电路

5．3．5 采样电路

5．4 软件设计

5．4．1 A／D采样校正

5．4．2 BOOST升压控制和DC-AC逆变控制流程

5．4．3 BOOST升压控制和DC-AC逆变控制的DSP实现

5．5 实验波形

5．6 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目及成果