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并网逆变器并联运行方法研究

HOANG THI THU GIANG  
【摘要】:将三相逆变器并联运行,可大大提高系统的灵活性,使电源系统的体积缩小、重量减轻,还也可大大减少开关器件的电流应力,从而提高系统的可靠性、降低成本和提高功率密度。由于可实现冗余供电,逆变电源的并联技术可以实现N+1(N=1,2,3....)冗余并联运行方式,当系统中任一个模块由于故障而失效时,其余的N个模块仍然可以继续提供100%负载功率,可以以较小的功率冗余为代价获得容错冗余功率,大大提高了系统的可靠性。并联冗余控制是实现高可靠性、大功率电源系统的优选方案。因此,逆变电源并联技术在航空航天、大型计算机供电系统、通讯电源系统和银行电源系统等对电源可靠性要求较高的领域具有广泛的应用前景。逆变电源的并联控制技术是近年来电源领域研究的一个热点课题,具有实际应用意义。控制并联逆变器系统通常使用传统PID控制器来控制电流电压。传统的PID控制器设计成熟,控制效果良好,但也存在参数设计不精确,对系统参数变化敏感,其动态性能和谐波因数往往难以达到要求等不足。分数阶PIλDμ控制器具有对被控对象的参数变化具有较强的鲁棒性,其控制效果优于传统的PID控制器,且实现难度与传统PID相近等优点。本文将分数阶PIλDμ控制器替代传统PID控制器,研究控制器的设计方法,并对设计的控制器在相关系统中进行并得到应用和验证。论文主要研究内容包括以下几点:1)分析了课题研究背景和意义,介绍了逆变器及其并联技术技术的发展应用研究现状。2)分析了三相逆变器的拓扑结构、数学模型和控制方法,在此基础上进一步分析了逆变器并联系统的模型,逆变器并联运行的机理,介绍了各种并联控制方式。3)分析和研究了PWM逆变器直接电流控制方法、双闭环矢量控制原理、PWM逆变器的空间矢量算法;引入电流前馈控制方法,设计了PWM逆变器的并联系统,并进行了系统的建模与仿真分析。4)分析了并联逆变器系统的环流产生机理、环流抑制技术、均流控制技术以及对输出电压的影响,介绍了常用的几种均流控制方法,在此基础上提出了最大电流自动均流法,并进行了仿真验证。5)介绍了分数阶基本理论,包括分数阶微积分定义、分数阶微积分性质、分数阶微积分的积分变换,分析了分数阶系统典型环节的特性。6)研究了分数阶PIλDμ控制器,介绍了分数阶控制器的离散化实现方法,在此基础上研究了三相PWM逆变器分数阶控制系统,设计了FO-PID控制器,研究了其参数整定方法,并分析了各环节特性及其对控制性能的影响。仿真结果分析证明了基于FO-PID的直接电流控制能够实现预定的控制效果,网侧电流接近正弦,功率因数单位化,而且FO-PID控制器对系统参数变化不敏感,直流侧电压能够快速稳定在给定值,控制精确,具有更强的鲁棒性。7)设计了PWM逆变器并联系统的硬件平台和软件算法,并进行了相关实验。实验结果证明,本文设计的系统,系统运行稳定,在谐波因数、功率因数等方面可满足并联并网系统的要求,同时可以实现冗余运行,提高了系统的安全性和可靠性。


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