基于双幅控制的有源RDCL的准定频控制方案研究

论文摘要

本文在研究双幅控制技术的基础上,提出了一种有源箝位谐振直流环节逆变器的准定频控制策略。由于有源RDCL在母线电压过零的时刻换流,其逆变开关的开关时刻具有不确定性,必须采用离散脉冲控制技术,而该控制技术下输出波形频谱是连续的,实现定频控制几乎不可能。但是在双幅的控制技术的基础上,采用PWM的控制策略,可以获得近似PWM的定频特性,且输出波形的低次谐波大大降低。本文首先分析了DPM的变频特性,并对DPM和PWM两种控制方案下的输出波形进行了对比,分析。然后具体介绍了PWM的定频特性,以及该控制方案对有源箝位谐振直流环节逆变器的适用性和优化性。经系统建模,理论计算等方法研究发现,这种准定频控制策略具有如下的优势:(a)所有开关管均实现了软开关变换,其开关损耗大大降低,而且拓扑结构也相对比较简单。(b)双幅谐振直流环节控制技术的引入使得直流环节的振荡频率可以提升到500KHZ,大大提高了逆变器的控制精度。(c)由于开关频率的固定,优化了逆变器的输出频谱特性,减小了高频滤波器的体积,而且也提高了系统的动态性能和稳态输出性能。(d)由于直流环节部分和逆变控制部分相互解耦,使得有源筘位谐振直流环节逆变器可以灵活的采用多种形式的PWM控制策略。(e)该逆变器可以应用于UPS、航空电源、电机驱动、有源滤波等许多高功率应用场合。本文采用该控制策略设计了一台3KW的全桥有源筘位谐振直流环节逆变器。其中直流环节部分采用了高速逻辑器件EPM7032SLC44,逆变部分采用TMS320LF2812DSP处理芯片,整个逆变器系统采用了电压电流双闭环的控制策略,并给出该系统的主要工作原理。为了验证PWM控制方案的优越性,最后部分比较分析了在DPM和PWM两种控制策略下的输出波形,并且仿真和实验均一致证实了该控制方案的有效性和可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.1.1 谐振直流环节逆变器
• 1.1.2 谐振直流环节逆变器的发展
• 1.2 谐振直流环节逆变器的控制技术
• 1.2.1 DPM控制技术
• 1.2.2 PWM控制技术
• 1.3 论文选题研究内容及意义
• 1.3.1 论文研究内容
• 1.3.2 论文研究意义
• 第二章 双幅控制的有源箝位RDCLI系统构成
• 2.1 有源箝位RDCLI系统的主电路结构
• 2.1.1 有源箝位RDCLI工作原理
• 2.1.2 双幅控制的有源RDCLI的工作原理
• 2.2 DPM控制策略
• 2.2.1 DPM控制结构框图
• 2.2.2 DPM的变频特性
• 2.3 PWM的控制策略
• 2.3.1 PWM控制方式下开关频率与谐波关系
• 2.3.2 母线振荡频率和开关频率的比值对谐波分布的影响
• 2.3.3 PWM控制结构框图
• 2.3.4 PWM控制的适用性
• 2.3.5 PWM控制的定频特性
• 2.4 TACRLI的建模
• 2.4.1 TACRLI的闭环模型
• 2.4.2 动态特性仿真
• 2.5 PWM控制的两种方法
• 2.5.1 两种SPWM调制方法
• 2.5.2 TACRLI仿真模块构成
• 本章小结
• 第三章 TACRLI系统的硬件设计
• 3.1 本文采用的数字平台介绍
• 3.1.1 本文采用的DSP平台介绍
• 3.1.2 本文采用的CPLD平台介绍
• 3.2 TACRLI的总体电路设计
• 3.2.1 TACRLI的总体电路设计
• 3.2.2 箝位控制电路设计
• 3.2.3 逆变控制电路设计
• 3.2.4 驱动电路设计
• 本章小结
• 第四章 TACRLI系统的软件设计
• 4.1 箝位控制部分的软件设计
• 4.1.1 箝位控制总体逻辑设计
• 4.1.2 各个功能子模块设计
• 4.2 逆变部分控制的软件设计
• 4.2.1 PID控制算法
• 4.2.2 基准正弦波生成
• 4.2.3 程序设计
• 本章小结
• 第五章 实验结果与分析
• 5.1 仿真结果与分析
• 5.1.1 两种控制方案下仿真结果分析
• 5.1.2 开环系统仿真分析
• 5.1.3 软开关特性
• 5.1.4 SPWM两种极性下输出波形
• 5.2 实验波形与分析
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文研究总结
• 6.2 进一步研究方向
• 参考文献
• 致谢