SPWM逆变器双环数字控制技术研究.pdf

1、分类号：羔竖!U D C：6 2 1 3密级：公珏学号：!呈Q 3东南大学硕士学位论文S P W M 逆变器双环数字控制技术研究研究生姓名：筮发蛊导师姓名：王盒查塾援金篷洼塾援申请学位级别王堂亟学科专业名称电氢王捏论文提交日期学位授予单位盔直太堂学位授予日期答辩委员会主席陵要塾援评阅人隆重越!韭靖副塾拯2 0 1 4 年6 月本论文获国家自然科学基金重点项目“定子永磁型风力发电系统关键基础问题”(5 1 1 3 7 0 0 1)资助。万方数据R e s e a r c ho nD u a l 1 0 0 pD i g i t a lC o n t r o lT e c h n i q u ef

2、 o rSP W MI n v e r t e r sAT h e s i sS u b m i t t e dt oS o u t h e a s tU n i v e r s i t yF o rt h eP r o f e s s i o n a lD e g r e eo fM a s t e ro fE n g i n e e r i n gB YX UF a x iS u p e r v i s e db yP r o f W A N GN i a n c h u na n dY UH a i t a oS c h o o lo fE l e c t r i c a lE n g

3、i n e e r i n gS o u t h e a s tU n i v e r s i t yJ u n e2 0 1 4万方数据东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：么龟送囊日期：也!量：皇东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送

4、交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括以电子信息形式刊登)论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布(包括以电子信息形式刊登)授权东南大学研究生院办理。研究生签名：燃导师签名：二笔貉期：亏摊4，I 毕6 万方数据摘要摘要社会的发展离不开能源，随着能源危机、环境污染等问题的日益严峻，研究清洁、高效、安全的新能源成为世界各国的共识。逆变技术是实现各种能量转换的关键环节，逆变系统的输出波形对新能源的并网质量有很大的影响。本文对单相全桥S P W M 逆变器

5、进行了系统建模，重点研究了数字双闭环控制技术，使得逆变系统的输出波形具有较好的动、静态性能。本文首先介绍了逆变系统的组成，确定采用推挽式电路进行前级D C D C 变换，采用单相全桥逆变电路进行后级D C A C 变换，在此基础上给出了系统的总体设计方案。介绍了S P W M 控制技术的工作原理，确定采用单极性倍频方式作为逆变器开关管的驱动信号。为提高逆变器的输出性能，本文对单相全桥逆变器建立了数学模型，得到了基于状态空间理论的数学表达式，并分析了影响其输出性能的原因。逆变器开环空载情况下阻尼比较小，系统容易发生震荡，为此必须要对其进行闭环控制。在分析比较了几种常用的控制策略的基础上，本文确定

6、的双闭环控制方案中，内环采用电感电流，外环采用逆变器输出电压，同时引入负载电流作为系统的前馈量，并使内、外环均采用P I 调节器。这种控制方案能使逆变器输出波形具有高稳定性和快速性的同时，还能对逆变器进行快速的限流保护。本文给出了逆变器进行双闭环数字控制时的系统传递函数，并介绍了利用状态空间理论求取P I 参数的详细过程。逆变器的样机平台由主电路、控制电路、驱动隔离电路、信号采样电路、以及保护电路等环节组成。本文设计了部分硬件电路，选用S T M 3 2 F 1 0 3 作为系统控制芯片，介绍了部分软件控制流程以及S P W M 驱动波形的实现方法。在M A T L A B S M U L I

7、 N K 中搭建逆变系统仿真模型，给出了详细的仿真参数，得到了逆变系统在不同负载环境下的输出电压、电流的仿真波形。最后在逆变器硬件平台上进行了相关实验，并给出了具体的实验波形。通过对比输出波形的稳态精度、总谐波失真率(T H D)以及动态响应速度，实验与仿真结果基本一致，进一步验证了理论分析的正确性。关键词：逆变器；S P W M；双环控制；数字控制；状态空间；万方数据一一些!坚!一A b s t r a c tS o c i a ld e v e l o p m e n ti si n s e p a r a b l ef r o mt h ee n e r g y W i t ht h e

8、i n c r e a s i n g l y 鲥mp r o b l e m so fe n e r g yc r i s i sa n de n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n，t h er e s e a r c ho fc l e a n，e f f i c i e n ta n ds a f ee n e r g ys o u r c e sh a sb e c o m et h ec o n s e n s u so ft h ew h o l ew o r l d I n v e r t e rt e c h n o l o g yp

9、 l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nt h er e a l i z a t i o no fav a r i e t yo fe n e r g yc o n v e r s i o n s，a n dt h eo u t p u tw a v e f o r mo ft h ei n v e r t e rs y s t e mh a sag r e a ti m p a c to nt h e 班dq u a l i t yo ft h en e we n e r g y T h es y s t e mm o d e li se s t a b

10、l i s h e do nt h es i n g l e p h a s ef u l l b r i d g eS P W Mi n v e r t e ri n t h i st h e s i s，a n dt h ed o u b l e l o o pd i g i t a lc o n t r o lt e c h n o l o g yi sr e s e a r c h e d，w h i c hc a nm a k et h eo u t p u tw a v e f o r mo ft h ei n v e r t e rs y s t e mh a v eb e a

11、e rd y n a m i ca n ds t a t i cp e r f o r m a n c e s T h ec o m p o s i t i o no ft h ei n v e r t e rs y s t e mi Sf i r s t l yd e s c r i b e di nt h i st h e s i s，t h e ni ti sd e t e r m i n e dt h a tap u s h p u l lc o n v e r t e rc i r c u i ti sa d o p t e di nt h ef o r m e rD C D Cp

12、a r ta n das i n g l e-p h a s ef u l l-b r i d g ei n v e r t e rc i r c u i ti sa d o p t e di nt h el a t e rD C D Cp a r t，o nt h eb a s i so fw h i c ht h eo v e r a l ld e s i g ns c h e m eo ft h es y s t e mi sg i v e n T h ew o r k i n gp r i n c i p l eo ft h eS P W Mc o n t r o lt e c h n

13、 o l o g ya r ei n t r o d u c e d，a n di ti sd e t e r m i n e dt h a tt h eu n i p o l a r 行e q u e n c y d o u b l i n gm o d e li sa d o p t e da st h ed r i v es i g n a lo ft h ei n v e r t e rs w i t c h i n gt u b e I no r d e rt oi m p r o v et h eo u t p u tp e r f o r m a n c eo ft h ei n

14、 v e r t e r，t h em a t h e m a t i c a lm o d e l so ft h es i n g l e-p h a s ef u l l b r i d g ei n v e r t e ra r ee s t a b l i s h e d，t h em a t h e m a t i c a le x p r e s s i o n sb a s e dO i lt h es t a t es p a c et h e o r ya r eg i v e na n dt h ef a c t o r sa f f e c t i n gt h eo

15、u t p u tp e r f o r m a n c ea r ea n a l y z e d T h ei n v e r t e rd a m p i n gr a t i oi sr e l a t i v e l ys m a l lu n d e ro p e n-l o o pn o-l o a dc o n d i t i o na n dt h es y s t e mi sp r o n et os h o c k s，f o rw h i c ht h ec l o s e d l o o pc o n t r o lm u s tb ea d o p t e d B

16、 a s e do nt h ea n a l y s i sa n dc o m p a r i s o no ft h es e v e r a lc o m m o nc o n t r o ls t r a t e g y,t h ed o u b l ec l o s e d-l o o pc o n t r o ls c h e m ei sa d o p t e dw i t hf o r w a r df e e d b a c ko fl o a dc u r r e n ta n di n n e r-l o o pi n d u c t o rc u r r e n to u t e r-l o o po u t p u tv o l t a g e，a n dt h eP Ir e g u l a t o r sa r ea d o p t e di nt h ei n n e ra n do u t e rl o o p，w h i c hc a nm a k et h ei n v e r t e ro u t p u tw a v e f o r mh a