级联H桥整流器的控制策略研究

发布时间：2017-03-23 08:15

  本文关键词：级联H桥整流器的控制策略研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,随着智能电网、分布式发电等建设的不断推进,高压大功率的智能型电力电子设备在工业方面的应用越来越广泛。在高压大功率领域,由于单个IGBT等功率开关器件耐压等级的限制,级联H桥多电平变换器成为极具前景的拓扑,其具有控制简单、结构模块化、易于扩展、功率开关器件较少等诸多优势。首先,本文研究了级联H桥整流器的工作原理以及载波移相PWM调制技术,并分析了载波移相调制的原理和谐波特性。然后建立了级联H桥整流器在静止坐标系下的平均开关周期数学模型,通过虚拟正交分量构造了两相PWM整流器系统,采用dq旋转坐标系下的电压电流双闭环解耦控制策略对级联H桥整流器进行整体控制,使得系统能够运行于单位功率因数,并基于电压环和电流环的对数期望频率特性对PI控制器参数进行设计。其次,先分析了级联H桥整流器各模块直流侧电压平衡的原理,然后通过二阶广义积分的方式构造虚拟电压和电流正交分量,建立dq旋转坐标系,以有功和无功占空比为控制对象,结合瞬时功率理论推导出离散的预测功率模型,构造级联H桥整流器主控制系统。针对其直流侧电压不平衡问题,提出了一种新型均压控制策略,即通过电压平衡控制器计算得出耦合效应目标函数取得最小值时有功占空比的修改量,重新构造了各H桥模块有功占空比,调节有功功率分配,从而在保持各H桥模块直流侧电压平衡的基础上,减小了电压平衡控制器与主控制系统之间的耦合效应。最后,基于TMS320F2812型号的DSP软件开发平台,搭建了2模块级联H桥整流器小功率实验样机,并分别介绍了硬件电路和软件控制系统的设计。通过搭建仿真模型和样机实验验证了本文所提控制策略的正确性和可行性。
【关键词】：级联H桥 载波移相 电压平衡 预测功率 耦合效应
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM461
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 多电平变换器的发展概况10-12
• 1.3 级联H桥整流器的研究现状与关键技术12-17
• 1.3.1 级联H桥整流器的研究现状12-13
• 1.3.2 级联H桥整流器的控制策略13-14
• 1.3.3 级联H桥整流器的调制技术14-17
• 1.4 本文的主要内容17-18
• 第2章 级联H桥整流器的工作原理及数学建模18-26
• 2.1 级联H桥整流器的工作原理18-21
• 2.1.1 级联H桥整流器的拓扑结构18
• 2.1.2 级联H桥整流器的工作模态分析18-21
• 2.2 级联H桥整流器的数学模型21-25
• 2.2.1 静止坐标系下数学模型21-23
• 2.2.2 dq旋转坐标系下数学模型23-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第3章 级联H桥整流器控制策略研究26-48
• 3.1 载波移相PWM调制技术26-28
• 3.2 电压电流双闭环解耦控制策略28-30
• 3.3 双闭环控制器设计30-34
• 3.3.1 电流环控制器设计30-31
• 3.3.2 电压环控制器设计31-34
• 3.4 基于预测功率模型的均压控制策略34-42
• 3.4.1 直流侧电压平衡原理分析34-35
• 3.4.2 SOGI构造虚拟正交分量35-36
• 3.4.3 预测直接功率控制36-39
• 3.4.4 减小耦合效应的电压平衡控制器设计39-42
• 3.5 仿真验证42-47
• 3.5.1 载波移相PWM调制仿真42-43
• 3.5.2 电压电流双闭环控制仿真43-44
• 3.5.3 基于预测功率模型的均压控制仿真44-47
• 3.6 本章小结47-48
• 第4章 级联H桥整流器的设计48-62
• 4.1 硬件电路设计48-54
• 4.1.1 功率器件的选取49-50
• 4.1.2 交流侧输入电感计算50-52
• 4.1.3 直流侧输出电容设计52-53
• 4.1.4 采样调理电路设计53-54
• 4.2 软件控制系统设计54-59
• 4.2.1 系统主程序54-55
• 4.2.2 中断服务子程序55-56
• 4.2.3 数字PI控制器的设计56-57
• 4.2.4 载波移相PWM脉冲的生成57-59
• 4.3 实验结果分析59-61
• 4.4 本章小结61-62
• 第5章 总结与展望62-64
• 5.1 总结62
• 5.2 展望62-64
• 参考文献64-68
• 致谢68-69
• 附录：攻读学位期间所获得的研究成果69

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本文编号：263297