三相变流器并联系统的环流抑制研究

发布时间：2017-08-19 19:24

  本文关键词：三相变流器并联系统的环流抑制研究

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【摘要】：由于三相电压源PWM变流器具有电能双向交互、功率因数可控、网侧电流正弦化、谐波含量低、能够真正达到能量的“绿色变化”等功能,使三相电压源PWM变流器成为电能变换中的重要设备。通过电力电子标准模块(PEBB)构建的变流装置具有可重构、高可靠性、成本低等优点,同时分散的PEBB可以实现电能变换装置的分布式控制和分层控制,对于电能变换装置模块化并联技术的研究显得十分有意义。本文的研究对象是共交直流母线的三相电压源PWM变流器并联系统。首先,本文在d-q旋转坐标系下,建立了并联三相电压源变流器的数学模型,并通过分析SVPWM调制算法得到了并联变流器运行的并联等效电路模型,从而得出在保证并联模块驱动信号一致性的基础上增加零序电压补偿校正环节来抑制两并联变流器模块间的环流。为此,提出了基于PWM波重构的主从分布式控制方案。其次,开展了基于PWM波重构的主从分布式控制方案的研究,将传统的双闭环PI控制算法应用于PWM波重构的主从分布式控制方案中,并对系统的稳定性进行了研究。为了保证并联模块驱动信号的一致性,研究了主从控制中的并联模块间串行光纤通信技术。考虑到电力电子集成模块间通信的数据内容及同步要求,利用HDLC通信协议实现了高速光纤星型拓扑方案。同时为了提高系统的动态响应、减少负载扰动,引入了负载电流前馈控制策略,设计了二阶龙伯格状态观测器,对负载电流进行估计。然后,针对PWM波重构的主从分布式控制方案中主从控制器间通信延时使得传统双闭环PI控制算法动态性能下降,研究了模型预测控制(MPC)在PWM波重构的主从分布式控制方案中的应用。利用MPC的预测性和动态优化,在保证抑制环流的基础上改善了系统动态性能和电流谐波含量。通过分析MPC算法原理,建立适合于MPC算法的变流器数学模型,并将MPC算法的求解问题转化为二次规划问题。通过将二次规划的最优算法引入到MPC算法的寻优过程中,得出最优的控制量,并作为SVPWM调制算法的给定参数。最后搭建了两个变流器集成模块的并联仿真及实验平台,采用DSP和FPGA的双处理器,实现控制算法和串行光纤通信等功能,完成了变流器并联系统的实验,验证了所提控制方案和控制策略的有效性和可行性。
【关键词】：并联变流器系统 电力电子标准模块 环流 PWM波重构 模型预测控制
【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】：TM46
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题研究背景及意义9
• 1.2 并联变流器拓扑及原理9-10
• 1.3 并联变流器控制系统研究现状10-15
• 1.4 本文的研究内容15-16
• 第2章 共交直流母线的三相变流器并联运行16-24
• 2.1 三相变流器数学模型及其控制16-19
• 2.2 三相变流器SVPWM调制算法19-21
• 2.3 并联变流器环流分析21-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 基于脉宽调制波重构的变流器并联控制方案24-42
• 3.1 变流器并联控制策略24-30
• 3.1.1 变流器并联运行的控制方式24-26
• 3.1.2 龙伯格负载电流观测器26-28
• 3.1.3 并联环流抑制策略28-30
• 3.2 主从分布式控制的光纤同步通信30-34
• 3.2.1 光纤同步通信方案30-31
• 3.2.2 主从分布式控制系统的通信协议31-33
• 3.2.3 主从分布式控制通信延时分析33-34
• 3.3 主从分布式控制的系统稳定性分析34-37
• 3.3.1 三相变流器数学模型基本控制器设计34-36
• 3.3.2 并联三相变流器通信延时的稳定性分析36-37
• 3.4 基于MATLAB的变流器并联仿真37-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 基于模型预测控制的变流器并联控制42-56
• 4.1 模型预测控制原理42-44
• 4.2 基于模型预测控制的变换器44-48
• 4.2.1 模型预测控制的三相变流器数学模型44-46
• 4.2.2 三相变流器模型预测控制策略46-48
• 4.3 基于数值优化算法的模型预测控制寻优48-51
• 4.3.1 拉格朗日法来求解二次规划49-50
• 4.3.2 基于拉格朗日法的模型预测控制算法寻优50-51
• 4.4 变流器并联系统的模型预测控制及仿真51-55
• 4.4.1 变流器并联系统的模型预测控制51-52
• 4.4.2 变流器并联系统的模型预测控制仿真52-55
• 4.5 小结55-56
• 第5章 实验平台的设计56-74
• 5.1 并联系统主电路设计56-58
• 5.1.1 交流侧电感的设计56-57
• 5.1.2 直流侧电容的设计57-58
• 5.2 并联控制系统控制电路设计58-65
• 5.2.1 并联控制系统控制核心设计59-62
• 5.2.2 并联控制系统ADC采样调理电路62-63
• 5.2.3 并联控制系统保护电路63-64
• 5.2.4 并联控制系统通信电路64-65
• 5.3 控制系统软件设计65-70
• 5.3.1 DSP程序设计65-66
• 5.3.2 FPGA程序设计66-70
• 5.4 实验平台搭建及实验结果分析70-72
• 5.5 本章小结72-74
• 第6章 总结与展望74-76
• 6.1 全文总结74
• 6.2 展望74-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-81
• 个人简历、攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘迎澍;马川;;基于交直流混合微网构架的电能路由器[J];现代电力;2015年01期

2 韩金刚;马治远;赵铭;汤天浩;;模型预测控制三相逆变器的研究[J];电工电能新技术;2014年07期

3 李依t，

本文编号：702537