模块化AC-DC-AC高频电力变换系统控制方法的研究

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电力变换技术融合了电力电子学和控制理论,通过有效控制电能转换过程,改变电能形式,为利用新能源和提高供电质量奠定基础。在电力变换技术中,电力变换过程控制是提高电力变换性能的关键,因此电力变换过程控制一直是研究的热点。本文在分析电力变换结构特征的基础上,对电力变换过程中系统运行规律进行研究,论述了针对交流-直流-交流电力变换过程的控制方法。主要工作如下:1、针对交流-直流电力变换过程,借鉴系统能量决定系统行为的观点,提出了基于能量平衡的功率控制方法。该方法以三相整流结构在dq两相同步旋转坐标系中的数学模型和电力变换过程中交直流两侧功率关系为基础,分别控制瞬时有功功率跟踪动态参考有功功率和控制瞬时无功功率收敛于零,实现输出电压稳定和高功率因数的目标。同时该方法通过设计负载电流补偿,消除了直接功率控制中构造参考有功功率方法所引入的稳态误差。2、针对交流-直流电力变换过程中负载不确定的特点,提出了针对三相PWM整流结构的自适应控制方法。该方法通过对负载参数的自适应评估和系统能量关系,求取三相电流的动态基准,并控制三相电流和电流动态基准共同收敛,实现了输出电压的无差控制和高功率因数。在负载评估设计中,该方法突破了负载为正值的限制,拓展了系统的应用范围。3、针对直流-交流电力变换过程,采用四桥臂逆变结构,提出了通过第四桥臂对负载产生的不平衡因素进行全补偿的控制方法。该方法遵循第四桥臂电流跟踪三相负载电流负和的原则,分解四个桥臂的控制功能,揭示了四桥臂结构控制的本质,并充分利用四桥臂结构特征,完全发挥出第四桥臂调节三相输出平衡的作用。4、针对四桥臂逆变过程中负载不确定条件下三相电感电压的补偿问题,.提出了综合补偿控制方法。该控制方法以第四桥臂补偿负载不平衡因素为基础,采用三相桥臂平衡补偿控制模式。在闭环控制的设计中,通过对控制结构的巧妙构造,以积分算法代替微分算法,使控制器的设计更具实用性。5、针对直流-交流电力变换过程,采用单相全桥逆变结构,提出了基于空间矢量调制的闭环控制方法。该方法突破传统的一维控制模式,构造出二维矢量工作平面,并以二维矢量工作平面上桥臂电压、系统输出电压、电感电流的几何关系为基础,设计闭环控制,充分发挥了空间矢量调制方法在减少开关损耗和缓解输出高次谐波方面的优势。6、针对单相全桥逆变过程中负载的不确定性,提出了基于状态反馈和前馈补偿的控制方法,消除了负载不确定对系统输出波形所产生的影响,同时基于使系统稳定的实际控制能力,设计控制参数。7、指出交流-直流-交流电力变换过程控制研究中存在的问题,并对下一步研究工作进行了展望。
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