三相同步锁相逆变器的设计与研究

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三相逆变器作为交流电源广泛应用于电力设备、电动车、大型不间断电源(UPS)、新能源等领域。随着三相逆变器的应用越来越广泛,人们对逆变器性能的要求也越来越高。尤其在诸如三相逆变并网、冗余电源、三相逆变器并联运行等场合,除了要求三相逆变器在波形质量,功率密度,可靠性等方面有很好的性能,还需要三相逆变器具有同步锁相的功能。针对冗余电源、三相逆变器的并联运行和分布式发电并网等特殊应用场合,本文以数字信号控制器为主控制器设计了三相同步锁相逆变器,对逆变器输出电压、电流、频率、相位等参数进行有效控制,实现三相逆变器与负载或电网同步同相位运行。本文首先从三相逆变的电路拓扑结构、调制方式、锁相方式和控制策略方面对设计方案进行比较和论述,确定了系统的总体设计方案。然后详细论述了以Microchip公司的数字信号控制器(DSC) dsPIC33FJ16GS504为逆变控制器,实现数据采集、控制和保护的硬件电路设计。主要包括:逆变器主功率电路设计、输出滤波电路设计、控制电路设计、保护电路设计和辅助电源设计。在逆变器的硬件设计基础上,根据三相逆变器的调制技术、锁相技术和控制技术原理,进行了系统软件设计。主要包括主程序设计、中断程序的设计和主要控制软件设计。主程序设计中给出了主程序流程图,介绍了程序中数据运算的优化方法;在中断程序中重点介绍了ADC中断程序,给出了程序流程图并进行了分析;在主要控制软件设计中,详细介绍了基于SVPWM调制的三相逆变软件设计和数字PI控制软件设计。最后本文给出了仿真和实验研究结果。基于构建的三相并网逆变器的Matlab仿真平台和系统实验平台对三相并网逆变器进行研究,仿真和实验结果表明:三相同步锁相逆变器能够实现同步锁相功能,在逆变器并网时能实现锁相控制,保证逆变器输出相位和电网中三相交流的相位一致,通过设定的参数能够有效的控制输入到电网的有功功率和无功功率。
摘要第4-5页
Abstract第5-6页
第1章 绪论第9-18页
    1.1 课题研究背景及意义第9-12页
    1.2 电源变换技术概述第12-13页
    1.3 逆变器的现状及发展第13-16页
    1.4 课题的主要工作第16-18页
第2章 三相同步锁相逆变器总体方案第18-30页
    2.1 三相同步锁相逆变器技术需求第18页
    2.2 三相同步锁相逆变器电路拓扑结构第18-22页
    2.3 三相逆变调制方式与系统控制第22-28页
    2.4 三相逆变器同步锁相方式第28-29页
    2.5 本章小结第29-30页
第3章 三相同步锁相逆变器的硬件设计第30-50页
    3.1 逆变器主功率电路硬件设计第30-36页
        3.1.1 主功率开关器件选型第31-32页
        3.1.2 主功率电路图第32-33页
        3.1.3 输出滤波电路的设计第33-36页
    3.2 控制电路硬件设计第36-47页
        3.2.1 DSC最小系统电路设计第36-39页
        3.2.2 数据采集电路设计第39-44页
        3.2.3 保护电路设计第44-47页
    3.3 辅助电源设计第47-49页
    3.4 本章小结第49-50页
第4章 三相同步锁相逆变器的软件设计第50-68页
    4.1 三相同步锁相逆变器控制策略第50-61页
        4.1.1 三相逆变SVPWM调制技术第50-57页
        4.1.2 并网锁相控制中的坐标变换第57-59页
        4.1.3 PI控制器的设计与实现第59-61页
    4.2 主程序设计第61-63页
        4.2.1 DSC软件开发环境和工具第61-62页
        4.2.2 主程序设计第62-63页
        4.2.3 数据运算的优化第63页
    4.3 中断程序设计第63-65页
    4.4 主要控制软件设计第65-66页
        4.4.1 SVPWM逆变软件设计第65页
        4.4.2 数字PI控制软件设计第65-66页
    4.5 本章小结第66-68页
第5章 仿真研究及实验结果分析第68-77页
    5.1 仿真结果分析第68-71页
        5.1.1 仿真平台构建第68-70页
        5.1.2 仿真结果与波形分析第70-71页
    5.2 实验结果分析第71-76页
    5.3 本章小结第76-77页
第6章 总结与展望第77-79页
    6.1 全文总结第77页
    6.2 系统展望第77-79页
参考文献第79-82页
作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文第82-83页
致谢第83页
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