基于DSP的单相逆变器并联控制技术研究

论文摘要

逆变器并联运行可实现大容量和冗余供电,提高供电系统的灵活性和可靠性,因此并联逆变电源系统得到越来越广泛的应用。此外,随着数字化电源技术的发展,数字控制SPWM逆变器已成为当今逆变器发展的主流。目前,数字化技术和并联技术是SPWM逆变器的热点研究和应用方向。论文研究了单相全桥逆变器及其控制方法,分析了单相全桥逆变器的工作原理,建立了SPWM逆变电源的数学模型,给出了单相全桥逆变器的开环特性,研究了输出电压波形畸变的原因。在此基础上,基于单相全桥逆变器电压外环、电感电流内环的双闭环控制方法,推导了逆变器的闭环传递函数,并对逆变器的闭环特性进行了研究。最后,仿真研究了电压外环、电感电流内环双环控制单相逆变器的稳态和瞬态特性。基于单相全桥逆变器的分析,建立了两台逆变器并联系统的等效模型。根据该等效模型分析了并联逆变电源系统产生环流的原因,分析了参考电压、电压反馈系数、输出电压幅值等因素对环流的影响程度。在双闭环控制逆变器的基础上,通过增加一个外部均流环实现多台逆变器的并联,并给出并联逆变电源系统的数学模型,进而对并联逆变电源系统均流控制器的稳定性和电压调节能力进行了分析。在此基础上,本论文提出了改进的双闭环平均值并联控制策略,采用滤波电感电流作为电流内环反馈的控制方案可实现逆变器的过流保护,详细分析了双闭环平均值并联控制方案中的平均值电路和同步电路。在理论分析的基础上,建立了并联逆变电源系统的PSIM仿真模型,对并联逆变电源系统的稳态和瞬态工作特性进行了仿真分析。设计了基于DSP的两台1kW单相全桥逆变器组成的并联逆变电源系统,对数字控制系统中控制程序的初始化模块、PI算法模块、软启动算法模块、占空比饱和模块等进行了设计。通过仿真和实验验证了所研究控制方案和设计参数选择的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本文的研究背景
• 1.2 逆变器并联技术的发展趋势和研究现状
• 1.2.1 逆变器并联技术的发展趋势
• 1.2.2 逆变器并联的研究现状
• 1.3 数字控制系统概述
• 1.3.1 数字控制的意义
• 1.3.2 数字控制逆变器并联技术的发展
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 单相全桥逆变器研究
• 2.1 引言
• 2.2 PWM调制的基本原理
• 2.3 PWM逆变电路及其调制方法
• 2.3.1 单极性正弦脉宽调制
• 2.3.2 双极性正弦脉宽调制
• 2.4 SPWM逆变电源数学模型分析
• 2.5 单相逆变器开环特性
• 2.6 双环控制单相全桥逆变器研究
• 2.7 单台逆变器仿真研究
• 2.8 本章小结
• 第3章 改进的平均值电流控制逆变器并联控制
• 3.1 引言
• 3.2 环流产生原因
• 3.3 平均值控制并联逆变系统结构分析
• 3.4 改进的平均值并联控制策略
• 3.5 同步电路
• 3.6 本章小结
• 第4章 逆变器并联系统的软硬件设计与实现
• 4.1 单相全桥逆变器功率电路的设计
• 4.1.1 逆变器输出滤波器设计
• 4.1.2 功率开关管的选取
• 4.1.3 信号滤波器的设计
• 4.1.4 信号调理电路
• 4.1.5 驱动电路设计
• 4.1.6 功率开关管RCD关断缓冲电路设计
• 4.2 逆变电源控制系统软件设计
• 4.2.1 数字信号处理器介绍
• 4.2.2 TMS320F2812芯片介绍
• 4.2.3 软件模块结构
• 4.2.4 逆变电源控制系统软件流程
• 4.2.5 PI控制算法
• 4.3 本章小结
• 第5章 仿真实验研究
• 5.1 并联系统仿真研究及分析
• 5.1.1 并联逆变器系统稳态波形
• 5.1.2 并联逆变器系统暂态仿真波形
• 5.2 实验结果及分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文及科研成果