电压型逆变器控制算法的研究

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1、分类号：ＴＭ４６４单位代码：１０７２０１密级：公开学号：５０８５２０７０４ＳｈａａｎｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ硕士学位论文电压型逆变器控制算法的研究Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｏｆｖｏｌｔａｇｅｓｏｕｒｃｅｉｎｖｅｒｔｅｒ论文作者：王明雷指导教师：董锋斌副教授、职称校外指导教师：闫新华专业学位类别：硕士专业领域名称：电气工程二〇一八．年六月分类号：TM464单位代码：10720密级：公开学号：150852070

2、4硕士学位论文电压型逆变器控制算法的研究Researchoncontrolalgorithmsofvoltagesourceinverter论文作者：王明雷指导教师、职称：董锋斌副教授校外指导教师：闫新华专业学位类别：工程硕士专业领域名称：电气工程二○一八年六月摘要电压型逆变器(VotageSourceInverter,VSI)被广泛应用于不间断供电电源、新能源发电、新能源汽车等领域，成为了现代工业、居民生活不可或缺的关键设备。为了有效地提高逆变器的性能，合理的控制算法是逆变器系统设计的关键技术之一。然而，逆变器是一类时变的、

3、耦合的程序控制系统，常规比例积分（ProportionalIntegral,PI）控制规律对此类系统理论上无法实现无静差跟踪，这就需要用别的控制算法来进行有效控制。因此，本论文以VSI为对象，分别对dq坐标系下的解耦控制和模型预测控制算法进行了研究，主要内容如下：首先，建立了Y型负载下的三相VSI系统离散模型，采用开关平均算子将离散模型转化为连续模型。利用dq坐标变换将逆变器三相ABC模型转化为两相dq模型，同时在稳态工作点处进行了线性化处理，进一步得到了其动态dq模型。利用解耦原理得到了无耦合项的三相VSI数学模型。在此基础

4、上，推导了逆变器开环传递函数，为后续的控制算法的研究奠定了理论基础。其次，详细地讨论了正弦波脉宽调制（SinusoidalPulseWidthModulation,SPWM）和空间矢量脉宽调制（SpaceVectorPulseWidthModulation,SVPWM）的基本原理，分析了单极性SPWM、双极性SPWM和SVPWM调制的优缺点。最后讨论了二者的区别和联系，并用仿真和实验进行了验证。再次，在所建立的开环传递函数基础上，设计了电压电流双环PI控制器。利用零极点配置原理，得到了控制器的控制参数，并用伯德图对控制参数进行

5、了优化。以微处理器DSPTMS320F28335为核心，搭建了一台750W三相VSI系统。实验验证了控制算法的合理性和正确性。最后，在单相电压型逆变器离散模型基础上，进行了有限控制集模型预测控制（Finite-ControlSetModel-PredictiveControl,FCS-MPC）和连续控制集模型预测控制（Continuous-ControlSetModel-PredictiveControl,CCS-MPC）的研究。讨论了最小代价函数的选择。针对传统MPC的不足，给出了一种改进型MPC控制方法，在改进型MPC控制

6、方法基础上，分别增加了积分和比例积分补偿项。通过比例调节提高系统输出的瞬态特性；利用积分作用增加系统输出稳态性能，降低输出电压的稳态误差。在I所搭建的250W单相VSI系统基础上，进行了算法验证。关键词：电压型逆变器；数学模型；SPWM；SVPWM；解耦控制；模型预测控制IIAbstractVoltageSourceInverter(VSI)iswidelyusedinthefieldsofuninterruptedpowersupply,newenergygeneration,andnewenergyvehicles,and

7、hasbecomeanindispensablekeyequipmentformodernindustryandresidents.Inordertoeffectivelyimprovetheperformanceoftheinverter,areasonablecontrolstrategyisoneofthekeytechnologiesintheinvertersystemdesign.However,theinverterisakindoftime-varyingandcoupledprogramcontrolsyst

8、em.TheconventionalProportionalIntegral(PI)rulecannottheoreticallyachievestaticerrortrackingforthiskindofsystem,whichrequiresothercontrolme