三相逆变器波形控制技术研究

发布时间：2018-01-13 04:03

  本文关键词：三相逆变器波形控制技术研究　出处：《华中科技大学》2014年硕士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 组合式三相PWM逆变器 频率特性测试 重复控制 复合控制方案 电流前馈控制

【摘要】：随着电力电子技术的快速发展，逆变器的应用越来越广泛，，在医疗、工业、交通、军事、银行等领域都有广泛应用。逆变器为电子设备的正常运行提供保障，同时逆变器可以输出高质量的电能以保证用电设备的技术特性和经济效益。逆变器的应用领域大致可以分为：交流稳定电源、电力传动与变频电源、电力系统中的应用和新能源供电系统。而逆变器在交流稳定电源的应用中，波形控制技术一直是研究的热点之一。 为此，本文以一台100kVA组合式三相逆变器为研究对象，展开了逆变器波形控制技术的研究，主要研究了重复控制加PI控制的复合控制方案以及电流前馈控制方案。本文围绕PWM逆变器数学模型的建立、重复控制器的设计、复合控制器的设计以及电流前馈控制方案的设计进行了较为详细的研究和分析。 本文首先介绍了三相PWM逆变器两种常用的主电路拓扑结构，从功率等级、控制方法和适用条件三个方面对这两种主电路拓扑结构进行了比较。然后建立了单相PWM逆变器的电路模型。之后建立了组合式三相逆变器在不同坐标系下的数学模型：连续时间状态空间模型、传递函数模型和框图模型。最后对控制对象进行了频率特性的测试，确定了逆变器的电路模型中等效电阻r的值，为后面控制器的设计打下了基础。 在所建立的PWM逆变器数学模型的基础上，本文展开了控制器的设计。重复控制器的设计围绕原理、考察标准和设计三个部分展开。由于控制对象的LC滤波器截止频率较低，利用传统的重复控制器设计方法很难达到满意的控制效果。所以针对本文研究对象的特殊性，采用了较为合适的重复控制器设计方法。为了改善重复控制器的动态特性，在重复控制器的基础上又加入了PI控制器与其并联，构成复合控制方案。针对所设计的复合控制方案又进行了稳态和动态的仿真以及稳态的实验。仿真和实验结果证明了所设计的控制器的有效性和可行性。 最后，为了进一步提高控制系统的稳态特性，消除负载扰动对稳态误差的影响，引入了输出电流前馈控制。首先介绍了输出电流前馈控制技术的基本原理，之后利用框图变换简化了控制系统的框图模型，然后推导了电流前馈控制方案的传递函数，进一步得出了一种只考虑稳态情况下基波补偿的输出电流比例前馈控制策略。最后，通过仿真验证了该控制策略在有效抑制输出电流对输出电压波形影响的同时，也提高了系统的动态特性。
[Abstract]:With the rapid development of power electronics technology , the application of inverter is becoming more and more widely used in the fields of medical , industrial , transportation , military , banking and so on . The inverter provides guarantee for the normal operation of electronic equipment . At the same time , the inverter can output high - quality electric energy to ensure the technical characteristics and economic benefits of electric equipment . The application field of inverter can be divided into : AC stabilized power supply , power transmission and frequency conversion power supply , application in power system and new energy power supply system . In this paper , a 100kVA combined three - phase inverter is used as the research object , the inverter waveform control technology is studied , and the complex control scheme and current feed - forward control scheme are mainly researched . The design of the PWM inverter mathematical model , the design of the repetitive controller , the design of the composite controller and the design of the current feedforward control scheme are studied and analyzed in detail . This paper introduces the main circuit topology of three - phase PWM inverter , compares the two main circuit topologies from three aspects : power level , control method and application condition . Then the circuit model of the single - phase PWM inverter is established . Then the mathematical model of the combined three - phase inverter in different coordinate systems is established : the continuous time - state space model , the transfer function model and the block diagram model . Finally , the control object is tested , the equivalent resistance r in the circuit model of the inverter is determined , which lays a foundation for the design of the later controller . Based on the established mathematical model of PWM inverter , the design of the controller is developed . The design of the repetitive controller is carried out in three parts : the principle , the investigation standard and the design . Because of the low cut - off frequency of the LC filter of the control object , it is difficult to achieve the satisfactory control effect by using the traditional repetitive controller design method . In order to improve the dynamic characteristics of the repetitive controller , the paper also adds the PI controller and its parallel to form a composite control scheme . The simulation and experimental results show the effectiveness and feasibility of the designed controller . At last , in order to further improve the steady - state characteristics of the control system and eliminate the influence of load disturbance on the steady - state error , the basic principle of the output current feed - forward control technology is introduced . After that , the transfer function of the control system is simplified by using the block diagram transformation , and a feedforward control strategy for the output current of the current feed - forward control scheme is derived . Finally , the simulation results show that the control strategy can effectively suppress the influence of the output current to the output voltage waveform , and also improves the dynamic characteristics of the system .

【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM464

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本文编号：1417350