大功率数字波形发生器拓扑结构与控制策略的研究

发布时间：2020-05-04 05:50

【摘要】：随着电机变频调速及新能源发电装备阻抗测量的迫切需求,作为核心部件的波形发生器得到国内外学者的高度重视与研究。大功率数字波形发生器作为一种频率、幅值连续可调的特定波形发生装置,该技术的发展对能源电力行业的意义重大。本文以大功率、低谐波、宽频带、高精度的大功率数字波形发生器装置为研究对象,研究其拓扑结构、单台控制及多台并联控制关键技术,为提高装置可靠性、高效高质运行提供了重要的理论及实践指导,对推动智能电网、电力牵引、冶金采矿等领域发展有着重大意义,本文主要工作和创新点体现在以下方面:(1)阐述了大功率数字波形发生器的选题背景及其意义,介绍了大功率数字波形发生器拓扑结构以及控制策略的研究现状,并对本文的研究内容进行了简要的说明。(2)介绍了数字波形发生器的拓扑结构,对其进行了建模分析。对数字波形发生器的控制策略进行了详细的研究,对前级PWM整流器部分,针对传统无差拍控制的控制延时与模型电感量不匹配问题,提出了一种复合预测无差拍控制方法,增强了对模型电感量变化的鲁棒性。对后级PWM逆变器部分,采用准比例谐振电压外环PI电流内环的双环控制策略,实现输出电压频率、幅值连续可调且畸变率低的性能。建立了数字波形发生器控制系统的模型,推导了控制系统的传递函数。设计了系统的控制参数,并通过PSIM仿真软件搭建仿真平台验证了所提控制策略的有效性。(3)分析了多台数字波形发生器并联系统环流产生的机理,并且对环流产生的机理进行了仿真分析。为了使波形发生器并联系统之间的功率得到精确分配,本文采用一种改进下垂控制+虚拟电阻控制策略,并利用PSIM仿真软件搭建两台数字波形发生器并联系统仿真平台,验证了环流抑制策略的有效性。(4)研制了 20kW数字波形发生器装置样机,在此基础上搭建了大功率数字波形发生器实验平台,并阐述了装置的软硬件设计与实现过程。装置的硬件电路设计主要包括功率器件与驱动模块、电源模块、主电路参数设计、人机交互系统等。介绍了软件主程序、各中断服务程序和液晶通信程序。然后详细阐述了各模块单元的结构、参数设计及元件选型。经过实验结果分析,验证了所提控制策略的有效性。
【图文】：

图２．８邋ｚ域内带延时的无差拍控制根轨迹图逡逑图２．８表示ｋ，取值由４？１６的变化过程中的根轨迹图

框图,无差拍控制,根轨迹,采样周期

ｉｓ｛ｎ邋＋邋＼）邋＝邋ｙ＊ｉｓ邋｛ｎ）邋＋邋（１邋－邋ｙ）邋＊ｉｓ邋（ｎ）邋＋逦｛ｎ－＼）－ｕｓ邋ｐ邋（？）］逦（２．４０）逡逑ｋｌＬｓ逡逑式（２．４０）中，第》采样周期的预测电流用来表示。电流内环复合预测无差逡逑拍控制框图如图２．９所示，可以得出控制系统的开环传递函数如下列式子所示逡逑Ｇ＾）邋＝邋ｋ＾－ｙ）＼Ｚ－ｌ）（ｌ邋＋邋ｌ－ｙ）逦（２．４１）逡逑系统的闭环传递函数为逡逑ｒ（ｚ）－邋ｚ￣ｙ邋ｔ邋Ｇ＾（ｚ）邋＿逦ｋ＇（ｚ邋—邋ｙ）逦ｎ邋４２＾逡逑｛＼－ｙ）ｚ逦１邋＋邋Ｇ４（ｚ）逦ｚ［（ｚ－＾）ｚ邋＋邋（＾－１）（１－ｊ；）］逡逑Ｃ（？邋＋邋ｉ）邋１（ｇ），々Ａ邋吻《，．（”）邋，「＾ｔ｜邋十－ｉ）邋，＋０邋＞，ｒ邋ｉ邋Ｕ？）逡逑—Ｔｓ逦＋－‘逦‘■一逦＼２￣＾／逡逑￥３－咖＋ｉ）申逦0）逡逑＋邋．邋１ＭＪ邋＋逡逑逦１１－ｙｌ逦逡逑图２．９复合预测无差拍电流控制框图逡逑当冬＝１，有传递函数为也就是对于任意邋＞；值，，控制延时滞后了邋２逡逑个采样周期。其闭环特征方程为逡逑Ｑ（ｚ）＾ｚ２－ｙｚ邋＋邋（ｋ，－＼）（＼－ｙ）＾０逦（２．４３）逡逑依据Ｊｕｒｙ稳定判据，可得到的变化范围为逡逑０＜＜＜１邋＋」一逦（２．４４）逡逑１－少逡逑Ｊ０＾邋Ｊ；邋：邋ｒ逡逑ｆ邋ｏｘ■表１邋■：…：翻邋ｉ邋ｌｌ：邋：逦＿：：逡逑竭邋＾邋ｉＶ／ｒ邋；：＝00＾ｑ．逦，逡逑＿ａ２＼ｏ．９＾ｒ邋ｖ＝￣0２Ａ－逦■逦，邋；．－＇0Ｗ逡逑＼0
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM935

【参考文献】