三相功率变流器控制单元的研究与实现

【摘要】三相功率变流器能够实现双向传输电能,同时具备网侧功率因数可控,谐波污染低的特点,因此广泛用于各种功率应用场合。随着电力电子技术的不断发展,国内外学者在如何提高变流器动态性能和抗扰能力等方面作了大量的研究工作,以满足不同应用领域的诸多要求。其一,从功率变流器的拓扑结构入手,对其性能进行改善；其二在控制策略方面提出许多先进的控制方法,如滑模控制、神经网络控制和鲁棒控制等,对变流器的性能做进一步的完善。对于三相电压型变流器,虽然诸多控制方法能满足高功率因数与低谐波因数的要求,但控制参数的影响往往会降低控制效果。本文针对当前功率变流器控制系统所存在的问题和缺陷,从系统实时性指标入手,研究控制参数产生的影响,同时提出一种高效实时性优化策略,消除参数影响。本文基于文献的查阅,首先对三相功率变流器控制单元实时性进行分析,运用最坏执行时间方法,计算三相变流器典型控制算法程序执行时间,作为系统软件设计的实时性标准。其次,在系统实时性分析结果基础上,针对典型控制参数—采样周期与死区时间,分析其产生的实时性延时对控制单元的影响,包括网侧电压电流谐波,采样效果,开关频率以及直流侧电压动态调节等等。通过Matlab中的Simulink仿真工具进行系统建模仿真,初步验证结论。随后,本文提出高效实时性优化方案,旨在通过补偿的方法消除死区时间产生的延时影响,其中主要包括基于控制参数的优化与基于电压开关矢量的优化两种方法。通过理论分析说明不同方法的优越性与不足。本课题设计出三相功率变流器控制单元硬件系统,该系统基于DSP与FPGA双控制器,硬件方面主要包括器件选型,接口电路与信号转换电路的设计；软件方面主要涉及双控制器通讯模块的搭建,FPGA主要功能的设计实现。最终,完成控制单元的搭建与三相功率变流器主电路整机的调试与运行。
【作者】于彬；
【导师】魏克新；
【作者基本信息】天津理工大学，控制理论与控制工程，2013，硕士
【关键词】三相变流器；采样周期；死区时间；实时性优化；

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