基于虚拟振荡器的逆变器控制研究

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逆变器多机并联运行是提高逆变系统容量和工作可靠性的重要方法,然而,并联系统在脉宽调制环节载波相位异步时易产生高频谐波环流,不利于系统的安全稳定运行。为实现逆变器并联系统中各逆变模块载波相位的同步,本文研究了基于虚拟振荡器的无互连线载波同步技术。首先介绍虚拟振荡器控制单元的组成结构和工作原理,分析非线性控制单元实现输出电压同步的机理。在此基础上研究虚拟振荡器实现逆变器载波控制的机制,建立复频域下逆变器并联系统的数学模型,推导虚拟振荡器输出电压的同步条件,并总结基于迭代仿真的虚拟振荡器控制单元参数设计方法。然后,针对虚拟振荡器单元进行具体的参数设计,并研究电压电流双闭环控制参数设计方法。基于此,在Matlab/Simulink中分别搭建单台虚拟振荡器控制的逆变器以及两台虚拟振荡器控制的逆变器并联系统仿真模型,以验证虚拟振荡器进行载波控制、以及实现载波相位同步的可行性,并证明载波相位同步对并联系统开关频率环流的抑制作用,以及虚拟振荡器控制单元及电压电流双闭环控制参数设置的合理性。基于上述理论分析及仿真验证,研制了T型中点箝位(T-type Neutral Point Clamped,TNPC)单相逆变器实验样机。为实现逆变器电感电流开关频率次分量的提取,对硬件部分的带通滤波器以及采样模块进行设计;针对高速采样以及虚拟振荡器控制进行了详细的软件程序设计。最后,针对带电阻性负载的电压控制型单相逆变器进行开环以及闭环实验,结果表明基于虚拟振荡器的载波控制方案可以实现逆变器的稳定运行;在此基础上还进行了变开关频率的实验,验证了逆变器通过虚拟振荡器实现变开关频率运行的可行性,也从另一个方面验证了所提出的虚拟振荡器原理、实现方法和参数设计的正确性。
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