不平衡负载下三相工频UPS逆变器控制策略研究

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近年来,各种用电设备越来越多,且这些设备对供电质量要求也越来越高。但是公共电网不能提供这些设备所需的不间断、高质量的电能,所以市场对高性能PWM逆变器的需求越来越大。另外,得益于电力半导体器件及数字控制器的高速发展,以前无法实现的控制算法得以实现,为高性能逆变器的研究与开发提供了技术基础。高性能PWM逆变器的研究越来越受到关注。本文以实际项目的需求为引导,结合实际UPS电路拓扑,设计动静态性能优良、能带三相不平衡负载的逆变器。为了实现这个目标,本文做了以下研究:(1)建立了带Δ/Y0变压器逆变器的数学模型。首先建立了该逆变器基于开关函数的一般数学模型和静止坐标下开关周期平均模型,并分析了不平衡电压的产生机理;为了对正弦参考信号进行无静差跟踪,又建立了逆变器同步旋转坐标下的数学模型,并基于此模型,对逆变器进行解耦控制,解耦之后用极点配置的方法设计了电压外环、电感电流内环的双环控制器。(2)为了抑制不平衡电压中的负序分量,研究了负序分量的计算方法,并在反向旋转坐标系下设计PID控制器用以抑制负序分量。为了验证上述控制策略的有效性,在Simulink环境下进行了仿真研究以及在一台30kVA的样机上进行了实验,仿真及实验的结果都表明了控制策略的有效性,逆变器动静态性能优良,鲁棒性好,不平衡电压中的负序分量得到了有效抑制。(3)由于逆变器的三相桥臂接Δ/Y0变压器,为此本文设计了以线电压为基本矢量的SVPWM算法。常用的、采用相电压为基本矢量的SVPWM算法会导致的输出波形相对参考波形相位及幅值的偏差。仿真及实验结果都表明了该算法的能有效避免此偏差。(4)详细分析了在设计实用UPS系统中几个关键技术问题产生的原因及解决方法。首先为了进一步提高输出波形质量,推导出基于SVPWM的、在四种情形下的死区补偿方法,仿真及实验结果表明了补偿方法的正确性。其次为了将逆变器应用于UPS中,还设计了数字锁相环,实验结果表明该锁相环锁相速度快、精度高。最后简要讨论了采用IQmath进行浮点运算时,IQ格式的选取对系统稳定性的影响。
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