高功率密度DC-AC变流器并联系统研究

发布时间：2017-06-01 19:12

  本文关键词：高功率密度DC-AC变流器并联系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在航空、机场和船舶机车等场合中,对中频DC-AC变流器的功率密度、功率等级、体积和重量的要求不断提高。本文以研制两台6kVA高功率密度中频输出DC-AC变流器为研究目标,并通过并联控制实现了冗余和大容量供电。采用前级DC-DC和后级DC-AC两级变换结构,在进行电气隔离的同时,实现了高功率密度。首先,本文介绍了DC-DC变换器和DC-AC变换器的一些典型拓扑结构并分析了各自的优缺点,根据项目要求提出了前级IPOS (Input Parallel Output Series)结构的ZVS (Zero Voltage Switching)移相全桥变换器、后级三相四线T型三电平逆变器的两级变换方案。前级DC-DC部分通过高频变压器隔离可以有效减小变压器的体积和重量,通过移相全桥的带载软开关特性可以使系统效率有所提升。后级使用三电平逆变器结构,有利于减小电磁干扰,降低输出电压谐波含量,所需的输出滤波电感体积和重量也有所降低,提高了装置的功率密度。其次分别对前级DC-DC和后级DC-AC系统进行电气参数和控制参数设计。前级采用模拟控制系统,两个移相全桥模块独立控制,通过合适的补偿环路设计实现系统快速响应解决了两级变换结构中间级电容容量较大的问题,能够在逆变器带负载情况下保证输出电压稳定。后级采用数字控制系统,针对中频逆变电源的特点,采用带负载电流前馈的电压电流瞬时值双闭环控制策略,并将PR(Proportional Resonant)控制器应用于逆变器控制系统中。最后介绍了两台变流器组成的系统的并联控制策略,采用功率下垂控制方式进行并联,具有无互联通信线、可靠性高、冗余性好等特点,在分析后级逆变器并联环流和功率下垂特性的基础上,引入虚拟阻抗,实现了输出阻抗可设计的目的,减小了有功无功功率的耦合程度,抑制了并联系统环流,提高了功率均分性能。通过软件仿真和实验结果验证了所提出方案和控制策略的有效性和可行性。
【关键词】：高功率密度 移相全桥 T型三电平 PR控制 下垂控制 虚拟阻抗
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-22
• 1.1 课题研究背景和意义11-12
• 1.2 隔离型DC-DC变换器简介12-15
• 1.2.1 隔离型DC-DC变换器分类12-14
• 1.2.2 典型隔离型DC-DC变换器简介14-15
• 1.3 三相逆变器的拓扑简介15-17
• 1.3.1 三相三线逆变器15
• 1.3.2 三个单相构成的三相逆变器15-16
• 1.3.3 分裂电容式三相四线逆变器16
• 1.3.4 带△/Y0变压器的三相逆变器16
• 1.3.5 三相四桥臂逆变器16-17
• 1.3.6 上下独立电源三相四线逆变器17
• 1.4 多电平技术简介17-20
• 1.4.1 二极管箝位型三电平结构18
• 1.4.2 飞跨电容型三电平结构18-19
• 1.4.3 级联H桥三电平结构19
• 1.4.4 T型三电平结构19-20
• 1.5 本文研究内容20-22
• 2 IPOS移相全桥变换器分析与设计22-40
• 2.1 整体结构设计22
• 2.2 移相全桥变换器简介和主要问题分析22-28
• 2.2.1 工作原理分析22-26
• 2.2.2 ZVS软开关条件26-27
• 2.2.3 占空比丢失问题27-28
• 2.3 电气参数设计28-31
• 2.3.1 器件选择28-29
• 2.3.2 输入电容设计29
• 2.3.3 隔直电容设计29
• 2.3.4 变压器设计29-30
• 2.3.5 输出滤波器设计30-31
• 2.4 控制参数设计31-36
• 2.4.1 移相全桥变换器模型31-33
• 2.4.2 电压闭环控制设计33-36
• 2.5 仿真与实验36-40
• 2.5.1 仿真验证36-38
• 2.5.2 实验验证38-40
• 3 三相四线T型三电平逆变器分析与设计40-63
• 3.1 T型三电平逆变器原理分析40-43
• 3.1.1 工作原理分析40-42
• 3.1.2 调制方式42-43
• 3.2 电气参数设计43-46
• 3.2.1 器件选择43-44
• 3.2.2 输出滤波器设计44-46
• 3.3 控制参数设计46-59
• 3.3.1 三相四线PWM逆变器模型46-49
• 3.3.2 比例谐振控制器特性49-53
• 3.3.3 电压电流双环控制设计53-59
• 3.4 仿真与实验59-63
• 3.4.1 仿真验证59-60
• 3.4.2 实验验证60-63
• 4 变流器并联系统分析与设计63-82
• 4.1 逆变器并联策略简介63-67
• 4.1.1 有线并联控制策略63-66
• 4.1.2 无线并联控制策略66-67
• 4.2 功率下垂控制策略分析67-72
• 4.2.1 并联系统环流分析68-70
• 4.2.2 不同阻抗条件下的功率下垂特性70-72
• 4.3 基于虚拟阻抗的输出阻抗设计72-76
• 4.3.1 逆变器等效模型72-74
• 4.3.2 基于虚拟阻抗的输出阻抗设计74-76
• 4.4 下垂控制器参数设计76-79
• 4.5 仿真与实验79-82
• 4.5.1 仿真验证79-80
• 4.5.2 实验验证80-82
• 5 总结和展望82-84
• 5.1 工作总结82-83
• 5.2 工作展望83-84
• 参考文献84-88
• 硕士期间发表的论文88-89
• 附录：6KVA高功率密度DC-AC变流器样机照片89

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