本文選題：三相PFC變換器 + 模塊化UPS�。� 參考：《燕山大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：隨著通信技術(shù)、信息技術(shù)的發(fā)展,對不間斷電源(Uninterruptible Power Supply,UPS)供電容量提出了更高的要求。模塊化UPS是近幾年來UPS領(lǐng)域興起的先進技術(shù),它以高頻率、高功率密度、小體積和可N+X為特征,具備在線擴容、維護方便的特點。本文以這些特征要求為出發(fā)點,開展從主電路拓撲到控制的關(guān)鍵技術(shù)研究,包括能夠?qū)崿F(xiàn)高功率密度、損耗小的PFC和逆變器拓撲研究、對非理想電網(wǎng)適應(yīng)性研究、高質(zhì)量輸出電壓的波形控制研究、多模塊并聯(lián)技術(shù)研究等。本文主要進行了以下幾個方面的研究:(1)三相PFC變換器是大功率UPS系統(tǒng)必須具備的環(huán)節(jié),就目前而言有很多的拓撲形式。本文研究了三電平Boost變換器組合式三相PFC拓撲,該拓撲具有開關(guān)器件電壓應(yīng)力低,開關(guān)損耗小,可靠性高等優(yōu)點。在分析雙開關(guān)三電平三相PFC變換器工作原理和數(shù)學(xué)建�；A(chǔ)上,開展了基于數(shù)字化的平均電流設(shè)計,研究了單零點雙極點補償網(wǎng)絡(luò)的電流環(huán)控制,可提高電流環(huán)低頻段的開環(huán)增益,并能有效抑制輸入電流的高頻干擾和高頻振蕩。其次,研究了雙開關(guān)三電平三相PFC變換器改進型獲取電流基準的方法,以獲得電流基準的相位信息。開展了非理想電網(wǎng)適應(yīng)性研究,提出了改進型二階廣義積分器鎖相方法,無論三相不平衡還是含有諧波分量,該鎖相方法均可快速準確的獲得電網(wǎng)電壓正序分量的頻率和相位信息。然后,針對三電平變換器的中點電位平衡問題,提出了基于零序電流注入的均壓環(huán)中點電位控制方法,即將均壓環(huán)輸出的電壓偏移量疊加到電網(wǎng)電壓上,等效于在電流基準中注入零序電流,從而實現(xiàn)了對中線電流的控制,進而實現(xiàn)了對中點電位的控制。通過仿真和實驗驗證了以上控制的可行性。(2)根據(jù)逆變器能夠輸出三相和單相交流電的要求,本文采用三相四線制三電平逆變器拓撲形式,各相獨立控制,具有100%抗負載不對稱能力。首先分析了單相逆變器的工作原理,建立了系統(tǒng)的連續(xù)時間和離散空間數(shù)學(xué)模型,分析了電感和電容等效串聯(lián)電阻對系統(tǒng)的影響。為了減小直流分量使輸出電壓具有更好的波形質(zhì)量,采用載波反相層疊SPWM調(diào)制方法,使逆變器輸出電壓具有正負半周對稱性。針對數(shù)字控制存在延時造成數(shù)字控制系統(tǒng)穩(wěn)定性差和穩(wěn)定范圍窄的問題,提出了電感前后端電壓作為反饋的雙電壓閉環(huán)控制策略,引入了輸出電壓微分因子,通過幅頻與相頻特性深入分析了該反饋環(huán)節(jié)的實質(zhì),該控制策略可顯著改善逆變器系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性,提高輸出電壓質(zhì)量。另外,為了減小數(shù)字采樣造成的延時,本文研究了數(shù)字采樣雙更新的SPWM實現(xiàn)方法,進一步提高了系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)。(3)驅(qū)動信號死區(qū)和數(shù)字控制滯后效應(yīng)對逆變器動靜態(tài)性能和輸出電壓波形畸變產(chǎn)生嚴重影響,本文對三電平逆變器的動靜態(tài)性能進行了研究。把死區(qū)和數(shù)字控制滯后效應(yīng)看作一種周期性擾動,提出超前型改進型重復(fù)控制,具體研究了誤差收斂速度,穩(wěn)態(tài)誤差特性及超前環(huán)節(jié)設(shè)計,將該控制策略與雙電壓閉環(huán)結(jié)合提高了輸出電壓穩(wěn)態(tài)精度和降低死區(qū)效應(yīng)引起的電壓波形失真。與通常死區(qū)補償控制策略相比,該控制策略不需要檢測電流極性,同時它省去了傳統(tǒng)電流閉環(huán)中的電流傳感器,可獲得較快的動態(tài)響應(yīng)和較高的穩(wěn)態(tài)精度。本文還研究了重復(fù)控制中濾波器和相位超前環(huán)節(jié)的設(shè)計,提出根據(jù)重復(fù)控制系統(tǒng)的差分方程推導(dǎo)超前環(huán)節(jié)k值的方法。最后,通過仿真與實驗驗證了所提控制策略的有效性。(4)并聯(lián)技術(shù)是模塊化UPS的關(guān)鍵技術(shù)之一,其核心問題是解決并聯(lián)系統(tǒng)的均流。首先分析了逆變器并聯(lián)的環(huán)流特性及其與閉環(huán)控制之間的關(guān)系,理論分析表明,相角差對環(huán)流有更大的影響,閉環(huán)控制與均流之間存在矛盾。給出了幅值差和相角差調(diào)節(jié)的控制算法。并聯(lián)控制采用分散邏輯控制法中的功率均分策略,研究了考慮輸出阻抗阻性分量的并聯(lián)均流控制策略,并對其進行了理論推導(dǎo)和仿真分析。精確同步控制是并聯(lián)的關(guān)鍵,本文提出了基于SPI通信的同步鎖相控制,可實現(xiàn)精確鎖相,實現(xiàn)了三相逆變器均流控制。
[Abstract]:With the development of communication technology and information technology , the power supply capacity of UPS is higher than that of UPS . In order to reduce the time delay caused by digital sampling , this paper presents a new method for controlling the dynamic response and stability of the inverter system . The control strategy is used to improve the dynamic response and stability of the inverter system .

【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN86

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本文編號：1751040