单相400Hz中频电压源逆变器的输出控制及其并联运行控制

论文摘要

400Hz中频电源在各种军用和民用系统中有着广泛的应用,其中的输出电压波形控制和并联运行控制是其两项技术难题,本论文针对这两项技术难题从理论分析、仿真计算和实验验证入手开展了深入的研究工作。本文从建立单相全桥逆变器的数学模型入手,推导出了单相逆变器系统的开环传递函数和采用输出电压、电感电流双闭环控制时的传递函数。经过分析表明,在比例系数较大的情况下,电压、电流调节器均可以采用纯比例控制。然后,论文提出并分析了单相中频逆变器的一种带电压幅值反馈和电流前馈的双闭环控制策略,以进一步提高输出电压幅值和相位的控制精度。本文建立了两台单相中频逆变器并联工作时的数学模型,分析了逆变器并联时环流产生的机理,指出在各逆变器之间不仅会产生交流环流,还存在直流环流。通过进一步的理论分析和仿真计算得到以下结论:(1)各并联逆变器输出电压的相位误差主要影响逆变器输出有功功率的变化,而其幅值误差主要影响其输出无功功率的变化;(2)相位误差要比幅值误差产生更为严重的环流情况;(3)并联逆变器输出电压中的直流偏置误差的存在将导致直流环流。本文提出了一种不需要各并联单元之间通讯连线的直流偏置电压下垂控制方法,用于抑制直流环流,并对采用该方法后系统的稳定性进行了分析。又提出了一种新型的共享同步信号的借助于有功、无功电流的外特性下垂并联控制方法,用于抑制交流环流,并采用瞬时功率理论论证了这种方法的合理性,以及瞬时有功和无功电流的计算方法。然后,建立了并联系统采用这种控制方法的小信号数学模型,分析了系统的稳定性,以及下垂系数和滤波器参数的选择方法。本文最后针对使用固定下垂系数会导致输出电压无效下垂的问题,提出了一种动态调整下垂系数的方法,使各并联逆变器在不同的负载条件下获得一致的均流效果,提高了电压的控制精度。另外,本文还提出了一种输出电压幅值和相位的恢复方法,在稳态时通过给输出电压的幅值和相位施加相应的补偿量,

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 400Hz 中频电源的应用现状和特点
• 1.1.1 中频电源的应用范围和应用现状
• 1.1.2 中频电源与工频电源的区别
• 1.2 单相逆变器输出控制的研究现状
• 1.2.1 逆变器的模拟控制与数字控制
• 1.2.2 逆变器的输出控制策略
• 1.3 逆变器并联运行控制技术的研究现状
• 1.3.1 逆变器并联运行的必要性以及主要困难
• 1.3.2 逆变器并联运行控制的国内外研究现状
• 1.3.3 逆变器并联运行控制策略
• 1.3.3.1 有线均流控制策略
• 1.3.3.2 无线均流控制策略
• 1.3.3.3 有线、无线均流控制策略的比较
• 1.3.4 中频逆变器并联运行控制的特点
• 1.4 课题研究的任务、技术路线及论文内容的安排
• 1.4.1 课题研究任务
• 1.4.2 技术路线
• 1.4.3 论文内容的安排
• 第二章 单相逆变器双闭环控制
• 2.1 单相全桥 PWM 逆变电路数学模型
• 2.2 单相全桥 PWM 逆变器的开环特性
• 2.3 单相逆变器的双闭环控制
• 2.3.1 单相全桥逆变器的双闭环控制传递函数
• 2.3.2 双闭环控制特性频谱分析
• 2.4 仿真研究
• 2.4.1 双闭环控制器仿真研究
• 2.4.2 带电压幅值反馈与电流前馈的双闭环控制仿真研究
• 2.5 实验结果
• 2.6 本章小结
• 第三章 单相电压源逆变器并联系统分析
• 3.1 并联系统的电路模型和环流分析
• 3.1.1 逆变器并联电路模型的建立
• 3.1.2 并联电路中环流的分析
• 3.2 并联系统的交流功率分析
• 3.3 仿真研究
• 3.3.1 两个逆变器并联运行仿真模型的建立
• 3.3.2 仿真结果及分析
• 3.3.2.1 仅存在单一误差时的仿真研究
• 3.3.2.2 三种误差并存时的仿真研究
• 3.4 本章小结
• 第四章 并联系统中直流环流的消除方法
• 4.1 直流环流
• 4.2 直流偏置电压下垂控制方法
• 4.2.1 逆变器单机控制中消除输出电压中的直流偏置的方法
• 4.2.2 直流偏置电压下垂控制方法
• 4.3 系统参数的确定及其稳定性分析
• 4.3.1 直流下垂参数的确定
• 4.3.2 系统稳定性分析
• 4.4 仿真和实验结果
• 4.4.1 仿真结果
• 4.4.2 实验结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 并联系统中交流环流的消除方法
• 5.1 逆变器并联系统的特点和控制方法
• 5.1.1 逆变器并联系统的特点
• 5.1.2 现有并联控制方法的特点
• 5.2 共享同步信号的外特性下垂并联控制方法
• 5.2.1 传统下垂方法在400Hz 单相逆变器并联系统中的实现方法
• 5.2.2 共享同步信号的外特性下垂并联控制方法
• 5.3 瞬时无功理论在均流算法中的应用
• 5.3.1 理论分析
• 5.3.2 有功电流和无功电流的计算方法
• 5.4 系统的小信号分析及参数的确定
• 5.4.1 系统小信号模型的建立
• 5.4.2 各参数的确定以及系统性能分析
• 5.5 仿真和实验结果
• 5.5.1 仿真结果
• 5.5.2 实验结果
• 5.6 本章小结
• 第六章 下垂方法的改进
• 6.1 下垂系数的动态调整
• 6.1.1 下垂方法中使用固定下垂系数的缺点
• 6.1.2 下垂系数的动态调整方法
• 6.1.3 仿真和实验验证
• 6.1.3.1 仿真结果
• 6.1.3.2 实验结果
• 6.2 输出电压幅值和相位的恢复
• 6.2.1 下垂方法中电压幅值和相位的无效下垂
• 6.2.2 输出电压幅值和相位的恢复方法
• 6.2.3 实验验证
• 6.3 本章小结
• 第七章 主要结论及下一步工作展望
• 7.1 主要工作及结论
• 7.2 下一步工作展望
• 参考文献
• 博士期间发表的论文
• 博士期间申请的国家专利
• 致谢
• 论文答辩说明
• 关于论文使用授权的说明