三相逆变器动态特性及其并联系统环流抑制的研究

三相逆变器作为交流供电电源的主体部分,在办公自动化、医药、通讯及国防等各个方面发挥着及其重要的作用,三相逆变器的并联控制技术以其潜在的巨大市场需求及广泛的应用前景而得到了越来越深入地研究。近年来,高性能的PWM 单相逆变器并联控制技术已经接近成熟,而基于高性能的三相PWM 逆变器构成并联系统正成为广大科技工作者研究的焦点,然而,出于体积和成本的考虑,三相逆变器的滤波电感及输出变压器几乎都采用了三磁柱的铁芯结构,因此三相逆变器的三相间存在着磁路耦合,这使得三相逆变器表现出了与单相逆变器所不同的特性,其建模也因为相间的磁路耦合而比较复杂,因此,目前对于三相逆变器的建模及理论分析通常都忽略了相间的磁路耦合。本文以三相SPWM 逆变器的动态特性及其并联系统为研究对象,将瞬时对称分量变换引入三相逆变器的研究,结合自动控制理论等分析手段,在深入分析SPWM 三相逆变器的动态运行特性的基础上,寻求提高SPWM 三相逆变器并联系统性能的行之有效而又易于实现的控制方案和设计准则。 本文紧密结合三相逆变器的研发,首先对实验中出现的逆变器并联系统中死区的环流效应进行了分析,发现传统的逆变器模型由于将死区效应等效为逆变桥输出侧的串联电阻而无法解释这一现象,因此,本文首次将死区效应看作是一种谐波扰动,建立了单相PWM 逆变器基于谐波扰动的数学模型,该模型揭示了影响逆变器输出电压波形质量的因素及瞬时值反馈调节对波形的校正作用,同时,从该模型出发本文进一步建立了单相逆变器并联系统的瞬时环流模型,对谐波环流的产生机理及其抑制进行了研究,并对环流的稳定性进行了讨论。 为研究三相逆变器的动态特性,本文借鉴了三相交流电机及三相电力系统的动态分析方法,将瞬时对称分量变换引入到三相逆变器的动态研究中,基于瞬时对称分量变换建立了三相逆变器在K 坐标系中的动态数学模型,通过和abc 静止坐标系及dq0旋转坐标系中的三相逆变器动态数学模型进行比较,发现基于瞬时对称分量的数学模型最为简洁,且瞬时对称分量之间相互解耦,对三相逆变器的动态过程进行求解非常方便,因此本文将瞬时对称分量变换,作为本文分析分析三相逆变器的主要手段。为进一步方便对三相逆变器瞬时对称分量方程的求解,本文讨论了瞬时对称分量的Laplace 变换,以便于在s 域中研究三相逆变器的动态特性。