宽电感量变化逆变器的T-S模糊控制研究

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不可再生能源的日益枯竭与环境污染的不断加剧,促使了新能源的开发与利用。太阳能、风能等可再生能源受到了各国的广泛关注。逆变器在分布式发电系统及不间断电源系统中起着十分关键的作用,其采用具有高电阻率和磁导率的气隙铁氧体和磁粉芯材料作为滤波电感的磁芯,具有损耗低、功率密度大的优点,能提高逆变器的效率、减小体积并降低成本。然而它的线性度比较差,特别是在大电流的时候,电感的感量会随之发生较宽范围的变化,而电感值的变化又会导致电流振荡和逆变器不稳定,从而影响控制稳定性、滤波效果、静态和动态效果等。本文以双Buck全桥逆变器拓扑为研究对象,针对滤波电感的感值在电感电流变化时具有较宽范围的变化,对其控制策略展开深入的研究。论文首先综述了非线性电感、逆变器的控制算法以及T-S模糊控制的研究现状,指出现有对于具有宽电感量变化逆变器的研究还比较少,且由于T-S模糊模型方法特别适用于局部线性、能够分段进行控制的系统,是构建具有宽电感量变化逆变器控制模型的一种有效工具。本文选用双Buck全桥逆变器作为研究对象,分析其拓扑结构和工作原理。通过分析了单周期控制算法,指出其具有简单易用和快速响应能力的优点,常用于PFC和并网逆变电流控制,但是单周期控制算法严重依赖于电感参数,当电感参数随负载变化而变化时,如果依然采用固定式单周期控制算法,会导致逆变器性能恶化、甚至失效,通过仿真验证了其理论分析的正确性。针对此问题本文采用T-S模糊模型对含有宽电感量变化滤波电感的逆变器进行建模,并依据T-S模糊控制算法的并行分配补偿策略(PDC),提出电流内环模糊单周期控制算法,设计了内环模糊单周期+外环PI控制器的双环控制结构,给出算法设计方法与具体实现步骤,并通过PSIM仿真分析。结果表明采用所提方法与传统的固定式单周期控制方法相比在考虑滤波电感的宽电感量变化后,能够保证输出质量良好的波形,符合控制要求。最后,采用具有快速运算能力的双核DSP TMS320F28377D控制器,设计并制作了一台含宽电感量变化范围的双Buck型逆变器实验样机,完成基于T-S模糊模型控制算法的验证,表明本文所提方法能有效解决非线性滤波电感的感量宽范围变化对逆变器控制性能的影响。
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