基于重复控制三相四桥臂逆变器的设计与实现

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随着社会的快速发展,现代逆变技术已经成为电力电子技术中的一个重要组成部分。三相四桥臂逆变器是一种新型的电力变换器,广泛的应用于UPS电源、太阳能发电和微型电网系统中,这种逆变器具有结构紧凑、效率高、控制灵活、直流电压利用率高等优点,所以被广泛应用于不平衡负载和非线性负载。与三相三桥臂逆变器相比,虽然仅增加一个零线相桥臂,但增加了一个控制自由度,因而其控制也变得比较复杂。本文在对一些常规控制策略的分析基础上提出了一种新的控制策略。  大多数逆变系统在运行过程中,谐波、电力滤波器的参数变化、线路参数变化、功率因数变化、滤波器和线路的时延、控制检测电路的时延、温度变化等都会引起电压波形畸变和相位变化,从而引起逆变器输出电压基波分量电压降。据此应用H∞重复控制理论,实时采集逆变系统输出的电压、电流波形,通过H∞重复控制器对逆变系统进行补偿,可以得到预期的性能指标。  在三相四桥臂逆变器控制方面,引用了基于内阻变换的三相四桥臂解耦控制策略。经过等效变换,将零线桥阻抗值变换为零,将其它各相的阻抗等效地降为较低的阻抗值,从而将其解耦成三个相互独立的单相逆变器。这样就将三相四桥臂逆变器控制控制问题转化成了单相逆变器控制问题。然后对每个逆变器设计一个基于重复控制的快速跟踪能力,利用H∞的最优性能指标的电压控制器。仿真结果表明,三相输出电压波形跟踪给定正弦波形的速度快,精度高,能够取得良好的控制效果。  在逆变系统硬件与软件的实现方面,研制开发了以DSP2812最小系统和FPGA最小系统为核心的100kW逆变系统的实验平台,编写了实时控制器算法,逆变器电压电流保护算法,与上位机触摸屏通讯算法等等。从实验数据和实验波形看,所设计的逆变控制系统及其控制策略达到了预期效果。
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