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《武汉理工大学》 2010年
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电压型逆变器分布式控制并联关键技术研究

亓迎川  
【摘要】: 随着国民经济建设各领域技术进步和武器装备信息化进程的不断加快,对供电设备提出了越来越高的要求,主要包括供电可靠性、供电容量、供电灵活性和正弦波供电电压的质量。这些要求直接或间接地与正弦波逆变器的并联技术相关。 本文针对广泛应用的CVCF正弦波逆变器并联技术,以分布式控制电压型正弦波逆变器并联为主题,探讨获得高质量、高稳定度电压输出的逆变器并联技术方案和实现方法。重点研究基于新型控制器的分布式控制正弦波逆变器及其并联的有关技术,实现逆变器输出正弦波的高质量控制,同时针对该类逆变器输出阻抗低、不利于抑制并联环流的问题,给出提高环流阻抗的方法。论文围绕瞬时电压反馈型逆变器的控制问题及其并联方法,主要研究五个方面的问题。 基于电力电子开关信号的周期平均法,推导了SPWM正弦波逆变器被控对象输入输出关系,建立不依赖于负载的逆变器被控对象数学模型,为逆变器控制回路参数设计提供依据。针对瞬时值反馈正弦波逆变器的交流控制器设计需要,研究交流控制系统的暂态分析、稳态分析问题,明确交流控制系统暂态过程与系统参数的关系,得出交流控制系统闭环极点虚部值与输入有始参考正弦信号角频率之间的量值关系决定系统暂态过程情况的结论,为正弦波瞬时值反馈逆变器的控制器设计提供理论支撑。指出在输出电压瞬时值反馈正弦波逆变器中广泛应用的P、PI调节器用于瞬时值反馈逆变器控制回路控制器的不足,明确了瞬时值反馈逆变器减少或消除跟踪误差对控制器的基本要求。 以逆变器的输出模型为基础,分别分析了逆变器模块并联时,各模块间输出电压的幅度差与相位差对逆变并联的影响与危害,推导了n个逆变器模块并联时,逆变器均流误差与环流电流值的关系,得出了二者相等的结论,为逆变器模块并联时环流的抑制提供理论基础。 研究新型控制器——重复控制器在瞬时值反馈正弦波逆变器反馈控制中的应用问题。针对重复控制系统因包含延时环节e-TS所导致的稳定性分析困难的问题,给出了通过结构图变化获得系统稳定性结论的一种新的简单方法,并用于指导重复控制正弦波逆变器控制器的设计。针对重复控制器用模拟方法实现困难,普遍使用DSP数字控制,使其应用领域受到限制的问题,给出了一种用高精度模拟延时电路实现模拟重复控制器的方法,并用于瞬时值反馈正弦波逆变器的控制,进行系统暂态、稳态分析,依据稳定性设计条件,方便地通过波特图获得了控制回路稳定补偿环节的设计结果和低通滤波器的参数选择方法,通过仿真和实验研究,验证其控制效果。 研究另一种新型交流控制器——“比例+谐振控制器”在正弦波CVCF逆变器中的应用问题,详细给出基于根轨迹法的比例谐振控制器设计方法,进行了系统暂态和稳态分析、输出正弦波电压对输入参考正弦信号的跟踪能力分析,指出了该类正弦波逆变器的瞬时反馈控制在输出电压波形相位跟踪输入参考正弦信号相位的优势性。针对该类逆变器对谐波抑制能力有限的问题,提出通过谐波反馈,提高输出正弦波波形质量的方法。设计高增益二阶高通滤波器用于反馈通道滤出输出电压的基波成分,同时对3次以上那个谐波进行高增益放大,进行谐波反馈回路的参数稳定性设计,搭建逆变器闭环控制系统,进行仿真、实验研究,取得了较理想控制效果,指出所设计的逆变器具有:输出波形质量高、输出电压稳定度高、输出阻抗小,正弦波相位跟踪能力强等特点,是性能优良的一种逆变器。 以比例谐振控制正弦波瞬时值反馈逆变器为基础,进行逆变器分布式控制并联技术研究,针对该类逆变器输出阻抗低,对逆变器并联环流不利的问题,提出了提高环流阻抗的方法;进行了逆变器并联系统稳定性分析,得出了相应的结论。以两个逆变器模块并联为例,通过仿真和实验研究,验证其控制效果。 本文通过对新型控制器在瞬时值反馈正弦波逆变器中的应用,以及在此基础上实现的逆变器分布式控制并联技术的深入研究,得到了一种高性能逆变器并联实现方法,可广泛应用于逆变器并机运行的需要。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TM464

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