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逆变器的三相不平衡负载控制方法研究

石存玮  
【摘要】:三相电压是否对称是判断电能质量好坏的一个重要参数,这对用电设备能否安全稳定工作有很大的影响。由于分布式发电(如风力发电或光伏发电)会出现离网带不对称负载工作状态以及UPS或者航空电源等也会有出现不平衡负载情况,因此本文针对三相逆变器的输出电压不平衡问题展开研究工作。 本文首先将普通三相逆变器作为研究对象,分析传统三相逆变器在负载平衡条件下能够很好输出三相对称电压,但对于负载不平衡或非线性负载而言,三相输出电压不能满足国标中的用电要求。对三种瞬时对称分量法进行了详细的分析与推导,在Matlab/Simulink仿真环境下建立三种瞬时对称分量法仿真模型,分析各自的优缺点。在对传统三相逆变器不平衡问题产生机理进行了分析的基础上,采用线性叠加原理和对称分量法对带△/Y隔离变压器三相逆变器研究,分别得到各相序的T型等值电路,列出微分方程进行计算。分析带△/Y隔离变压器的三相逆变器带不平衡负载的能力并搭建模型仿真论证。 其次,针对三相逆变器带不平衡负载的能力由逆变器拓扑和控制策略共同决定,本文深入研究了三相四桥臂拓扑抗不平衡负载的能力。在三相静止abc坐标系下建立了数学模型并进行了稳态分析。针对三相四桥臂的拓扑特点,摒弃了基于αβγ坐标系下的三维SVPWM调制算法,采用了简便明了的基于abc坐标系的三维SVPWM,给出了详细的计算分析过程。简单介绍了TI公司设计的TMS320F28335DSP控制芯片的功能,进行初始化程序设计并列出初始化流程图。根据三维SVPWM算法思想画出流程图,利用C语言写出程序,在DSP上对3DSVPWM调制算法实现。由于采用的PI调节器无法对时变的交流量实现无静差跟踪控制,因此基于正负序各自特点建立了双同步旋转坐标系,有效的去除了正负序转换到直流量时2倍频分量的影响。 为了消除零序分量对系统的影响,考虑到零序分量在旋转坐标系下值为零,因此在传统的PI直接控制法基础上,提出了加入PR比例谐振控制改进型以及利用零序虚拟构造αβ坐标系改进型等两种独立控制法进行了详细的讨论分析,并利用Matlab/Simulink对这三种方法进行仿真,比较各自优劣点,降低了工作复杂难度且对零序抑制效果明显。 最后对系统进行参数设计,将结合了双闭环控制的三相四桥臂拓扑在各种带载情况下利用Matlab/Simulink建立仿真模型,与三相三桥臂及带隔离变压器的拓扑仿真结果做了对比分析,突出了三相四桥臂带不平衡负载的能力,验证了控制策略的正确性。


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