两级式单相逆变器的改进无差拍控制策略研究

作     者：雷叶爽 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：于淼

授予年度：2023年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：两级式单相逆变器 无差拍控制 二次纹波电流 滑模观测器 硬件在环 

摘      要：两级式单相逆变器具有输入电压范围宽、前后级电路可灵活控制等优点,在光伏、储能等领域应用广泛。然而,由于其瞬时输出功率具有二倍频率波动分量,导致出现前级DC/DC变换器二次纹波电流、后级逆变器低频谐波等问题。传统控制方法通常需要通过增加额外的功率吸收器件或设计复杂控制回路加以抑制。对此,本文提出一种两级式单相逆变器的改进无差拍控制策略,以简化设计流程,提高动态性能。首先,本文从功率平衡的角度出发,详细阐述了前级DC/DC变换器二次纹波电流的产生机理。随后,基于前级Buck/Boost变换器的离散数学模型,给出了基于传统无差拍控制的二次纹波电流抑制方法,并分析了其PI外环带来的限制。为了抑制二次波动分量并进一步提升系统动态性能,提出了前级变换器的改进无差拍控制策略,通过整合外环并直接控制电感电流的方式有效抑制了二次纹波电流。通过仿真证明了前级Buck/Boost变换器中改进无差拍控制策略的有效性和优越性。其次,分析了由直流母线电压二次纹波导致的后级单相逆变器低频电流谐波问题,并提出后级单相全桥逆变器的改进无差拍控制策略,同样通过整合外环的方式,抑制了后级逆变器的三次电流谐波并提高系统动态性能。通过仿真验证了所提出方法的有效性。最后,考虑到无差拍控制在实际应用中存在的系统延时问题,利用电流提前预测方法对无差拍控制进行延时补偿,以提高系统的稳定性。针对模型失配问题,设计了一种滑模观测器以估计系统的集总扰动并进行补偿,提高了无差拍控制的鲁棒性。利用RT-LAB搭建了半实物硬件在环测试平台,验证了无差拍控制中延时补偿的必要性和加入滑模观测器后控制策略的鲁棒性提升效果,进行了不同控制策略下两级式单相逆变器稳态和动态性能的对比实验,进一步验证了本文所提出的改进无差拍控制算法的有效性和优越性。