单相级联逆变器的分布式控制研究

论文摘要

目前电力电子设备通常采用集中式控制,即用一个主控制器实现所有的控制功能,对硬件资源的要求很高,电路设计复杂,过长的驱动线容易受功率电路干扰,系统可靠性低。为解决集中式控制存在的弊端,本文基于单相级联逆变器研究了分布式控制方案。本文首先研究了级联逆变器的滤波器结构,传统的级联逆变器采用H桥级联再集中式滤波的结构,主功率回路由开关管串联组成,当某个开关管发生开路故障时系统无法工作。本文提出在级联逆变器中采用分散式结构的滤波器,使得该逆变器在开关管开路故障时主功率回路可以由滤波电容连接,提高了系统的容错性能,且模块化程度更高了。本文基于分散式滤波级联逆变器,采用倍频载波移相SPWM调制技术,以及电压有效值、电压瞬时值和电感电流反馈相结合的多环反馈控制,对该逆变器的分布式控制方案进行了初步探讨,将控制功能分为两层,上层为应用管理器,底层为硬件管理器。从控制原理上看分布式控制和集中式控制是一样的,只是实现形式不同。仿真和实验验证了分布式控制级联逆变器的性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 级联逆变器
• 1.1.1 级联逆变器的原理
• 1.1.2 级联逆变器的调制方式
• 1.1.3 级联逆变器的控制技术
• 1.1.4 本课题采用的的控制方案
• 1.2 电力电子设备的分布式控制
• 1.3 级联逆变器采用分布式控制的意义
• 1.4 本文的主要内容
• 第二章 采用分散式滤波器的级联逆变器
• 2.1 引言
• 2.2 级联逆变器的PWM 调制技术
• 2.2.1 空间矢量调制技术
• 2.2.2 优化阶梯波宽度技术
• 2.2.3 多载波SPWM 技术
• 2.2.4 载波移相调制技术（CPS-SPWM）
• 2.3 级联逆变器的输出电压频谱分析
• 2.3.1 单相全桥逆变电路的倍频SPWM 技术
• 2.3.2 级联逆变器的倍频CPS-SPWM 调制技术
• 2.4 级联逆变器的滤波器结构
• 2.4.1 采用集中式滤波器的级联逆变器
• 2.4.2 采用分散式滤波器的级联逆变器
• 2.5 级联逆变器的仿真与实验分析
• 2.5.1 集中式滤波器方案的仿真与实验分析
• 2.5.2 分散式滤波器方案的仿真与实验分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 级联逆变器的分布式控制方案
• 3.1 引言
• 3.2 级联逆变器的闭环控制技术
• 3.2.1 电压单环控制系统分析
• 3.2.2 电压双环控制系统分析
• 3.2.3 电流瞬时值控制分析比较
• 3.2.4 多环反馈控制方案
• 3.2.5 参数设计原则
• 3.3 级联逆变器的集中式控制方案
• 3.4 级联逆变器的分布式控制方案
• 3.5 本章小结
• 第四章 分布式控制级联逆变器的仿真研究
• 4.1 前言
• 4.2 仿真模型及仿真参数
• 4.3 不同负载情况下仿真结果
• 4.4 逆变器的容错性能仿真
• 4.5 本章小结
• 第五章 级联逆变器的电路设计
• 5.1 引言
• 5.2 功率管的选取
• 5.3 滤波器的设计
• 5.4 应用管理器AM 电路设计
• 5.4.1 DSP 控制板和外围电路
• 5.4.2 DSP 的程序设计
• 5.4.3 电压瞬时值和电感电流瞬时值反馈控制电路
• 5.4.4 四路相位基准信号
• 5.5 硬件管理器HM 电路设计
• 5.5.1 三角波生成电路
• 5.5.2 SPWM 信号生成及死区电路
• 5.5.3 隔离驱动与辅助电源电路
• 5.5.4 保护电路
• 5.6 本章小结
• 第六章 级联逆变器的实验研究
• 6.1 引言
• 6.2 实验结果
• 6.2.1 调制波和三角载波
• 6.2.2 空载实验
• 6.2.3 负载实验
• 6.2.4 整流性负载
• 6.2.5 动态性能实验
• 6.2.6 系统的容错性能测试
• 6.3 本章小结
• 第七章 全文总结与展望
• 7.1 本文主要工作
• 7.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在硕士学习期间发表的论文