基于谐振控制的三相四桥臂逆变电源研究

摘要

三相电压的不平衡度是电源质量的一个很重要的指标，尤其是对于需要带单相负载等不平衡负载的场合。应用于航空领域的中频电源，其所带的负载是多种多样的，既有平衡负载，也有非线性不平衡负载。如何实现在各种负载情况下逆变电源均能输出三相对称且畸变率小的电压波形的研究具有重要的意义。
　　对三相逆变器带不平衡负载的研究主要集中在逆变器的拓扑结构和控制策略上，本文选择了最具优势的三相四桥臂逆变拓扑结构作为逆变电源的主电路结构，在三相静止坐标系以及旋转坐标系下建立了其数学模型。由于四桥臂结构的特殊性，其PWM调制方式也是一个主要的研究部分，常用的三维空间矢量调制（3D-SVPWM）方式实现复杂且计算量大，本文采用了一种基于载波比较的标量PWM调制方式，对其原理及实现方法进行了详细的分析，其实现简单且具有空间矢量调制方式的诸多优点。
　　谐振控制器具有对交流信号的无静差跟踪能力，本文在αβ0坐标系中，在电压电流双环控制结构的基础上提出了一种新的控制策略。该控制系统不仅实现了对零序分量的独立控制，而且可以保证对正序以及负序分量的准确跟踪，同时谐波谐振控制器的加入可以降低输出电压的谐波含量。并且利用Nyquist稳定判据对含有谐振控制器的系统进行了稳定性分析。
　　最后，在Matlab/Simulink环境中搭建了系统的仿真模型，对所设计的系统的动态和稳态性能进行仿真分析，仿真验证了所提出的控制策略的有效性。

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1 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 传统三相逆变器

1.3 针对不平衡负载的逆变拓扑结构

1.4 三相四桥臂逆变器的控制方法

1.5 本文的研究内容

2 三相四桥臂逆变器的建模与分析

2.1 静止坐标系下三相四桥臂逆变器的模型

2.2 旋转坐标系下三相四桥臂逆变器的模型

2.3 本章小结

3 三相四桥臂逆变器的调制方式研究

3.1 空间矢量的定义

3.2 三维空间矢量调制

3.3 标量PWM调制方式

3.4 本章小结

4 基于αβ0坐标系的谐振控制

4.1 谐振控制器的特性分析

4.2 基于谐振控制器的双闭环控制系统设计

4.3 基于Nyquist判据的系统稳定性分析

4.4 本章小结

5 系统仿真验证

5.1 平衡与不平衡线性负载下的仿真分析

5.2 平衡与不平衡非线性负载下的仿真分析

5.3本章小结

6 全文总结

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间参与的科研项目