高频链矩阵式逆变器的研究及并联运行

【摘要】：高频链三相矩阵式逆变器是由高频逆变器、高频变压器、矩阵变换器/周波变换器和输出滤波器组成的,该拓扑结构即实现了电路系统的隔离,能量的双向流动,又能够克服传统逆变器体积大、成本高、噪声大等缺点,是近年来研究较为热门的一类拓扑。该拓扑也逐渐被应用于新能源发电并网系统、电机控制等领域,然而,在某些大功率应用场合,单台逆变器不能满足应用的需求,需要把多台逆变器并联运行来扩大系统的容量。逆变器的并联运行研究较早,现在研究也比较成熟,但大部分只是局限于普通逆变器的并联研究,针对高频链矩阵式逆变器并联运行的研究较少。在一些要求逆变系统大容量、小体积、轻重量、低噪声以及安全隔离,并且要求成本不能太高的场合,高频链矩阵式逆变器并联运行可以满足以上要求。所以本文提出的高频链三相矩阵式逆变器的并联运行研究具有深远的现实意义。首先,本文对高频链矩阵式变换器和逆变器并联运行的国内外研究现状分别做了相应的的总结,为课题的研究做了很好的铺垫。其次,本文引用了适用于高频链矩阵式逆变器的调制策略——解结耦SPWM调制策略,并针对采用该调制策略在拓扑换流时产生的电压尖峰问题,对其进行优化形成了“一体化”SPWM调制策略,并通过该调制策略分析了高频链三相矩阵式逆变器数学模型和普通三相逆变器数学模型之间的关系,仿照普通三相逆变器的建模方法对高频链三相矩阵式逆变器进行了数学建模,并设计了相应的闭环控制。然后,本文对高频链三相矩阵式逆变器的并联运行进行了研究,定义了环流并推导出了任意逆变器模块容量比例下的通用环流表达式,为实验的分析提供了方便。确定了本课题研究所采用的下垂控制方程,分析总结了实现各个逆变器模块能够按容量比例均分负载的充要条件,并把鲁棒下垂控制方法应用到高频链三相矩阵式逆变器的并联运行中来,改善了传统下垂控制的缺陷。最后,本文对系统软硬件电路进行设计,搭建了高频链三相矩阵式逆变器并联系统的实验平台,采用DSP和CPLD级联的数字控制方式。通过实验验证了理论分析和仿真研究的正确性和可行性。