串并联补偿式UPS并联变流器的设计与实现PPT课件

1 串并联补偿式UPS并联变流器的设计与实现 李扶中指导教师 熊蕊教授 2 本文主要内容 串并联补偿式UPS的工作原理串并联补偿式UPS的控制策略串并联补偿式UPS的功率平衡特性三相并联变流器的数学建模并联变流器双闭环结合重复控制系统设计并联变流器系统仿真并联变流器实验 3 串并联补偿式UPS的工作原理 串并联补偿式UPS的主电路结构 4 串并联补偿式UPS的工作原理 串并联补偿式UPS的单线原理图 5 串并联补偿式UPS的控制策略 市电输入电流is是与市电基波电压Vs1同相的正弦有功电流 市电供电的功率因数为1 负载电压VL为基波正弦电压 VL等于指令额定值VR 并与Vs1同相 控制目标 6 串并联补偿式UPS的控制策略 串联变流器被控为正弦电流源 并联变流器被控为正弦电压源 直接控制策略串联变流器被控为非正弦电压源 并联变流器被控为非正弦电流源 间接控制策略 两种控制策略 7 串并联补偿式UPS的功率平衡特性 欠压时 基波电压电流补偿示意图 8 串并联补偿式UPS的功率平衡特性 过压时 基波电压电流补偿示意图 9 串并联补偿式UPS的功率平衡特性 串联变流器从电网接受的有功功率 并联变流器向电网发出的有功功率 其中 有功功率平衡特性 10 三相并联变流器的数学建模 单相逆变器的数学模型 11 三相逆变器的数学模型 三相并联变流器的数学建模 12 三相并联变流器的数学建模 三相逆变器的数学模型 13 三相并联变流器的数学建模 坐标变换 将代入上式得到 14 三相并联变流器的数学建模 坐标变换 15 三相并联变流器的数学建模 坐标变换 16 三相并联变流器的数学建模 坐标变换 平衡的三相变流器在进行了坐标系 坐标系坐标变换后 两相之间没有耦合 三相变流器可以等效转化为两个相互独立的单相变流器来进行控制系统设计 17 双闭环结合重复控制系统设计 双闭环控制系统的设计 本文直接在时域内采用极点配置方法设计控制器 然后再把设计的控制器离散化 坐标系下基于控制对象解耦的双闭环控制系统方框图 18 双闭环结合重复控制系统设计 双闭环控制系统的设计 控制对象的解耦 消除输出电压在B点引入的交叉反馈作用 引入 并令 1 输出电压Vc在B点的引入同时也消除了负载扰动电流io对电感电流的干扰 使其只受电流指令i 的影响 在A点引入负载扰动电流io的前馈补偿 提高了系统对负载扰动的抑制能力 19 双闭环结合重复控制系统设计 双闭环控制系统的设计 控制对象在 相的Bode图 20 双闭环结合重复控制系统设计 双闭环控制系统的设计 设电压环 电流环控制器传递函数分别为 双闭环控制系统闭环传递函数为 21 双闭环结合重复控制系统设计 双闭环控制系统的设计 双闭环控制系统闭环特征方程为 系统的期望特征方程为 22 双闭环结合重复控制系统设计 双闭环控制系统的设计 选取期望的阻尼比 自然角频率和非主导极点比例系数m 比较两式系数 得到双环控制器参数 23 双闭环结合重复控制系统设计 电流内环闭环频率特性 双闭环控制系统的设计 24 双闭环结合重复控制系统设计 双闭环控制系统的设计 电压外环闭环频率特性 25 双闭环结合重复控制系统设计 双闭环控制系统的设计 对控制器采用双线性变换法进行离散 26 双闭环结合重复控制系统设计 双闭环控制系统的设计 采用零阶保持器法离散 环节采用双线性变换法离散 环节采样频率均取10KHz 27 双闭环结合重复控制系统设计 双闭环控制系统的设计 离散化以后的闭环系统传递函数 28 双闭环结合重复控制系统设计 双闭环结合重复控制系统 利用双闭环控制改善系统动态性能 并消除空载开环逆变器在谐振频率处的谐振峰 从而简化了重复控制器的设计 利用重复控制器来改善稳态性能 使整个系统达到较好的控制性能 29 双闭环结合重复控制系统设计 双闭环结合重复控制系统 30 双闭环结合重复控制系统设计 重复控制器的设计 嵌入式重复控制器结构 其中 31 双闭环结合重复控制系统设计 嵌入式重复控制器参数 滤波器 相位补偿器 重复控制器增益 周期延迟环节 32 并联变流器系统仿真 串并联补偿式UPS 33 并联变流器系统仿真 仿真参数 交流电网电源侧额定相电压基波有效值 频率交流电网负载侧额定相电压有效值额定负载容量 功率因数直流母线电压额定值并联变流器开关频率三相并联变压器匝比 连接并联变流器每相输出滤波电感 等效串联电阻并联变流器输出滤波电容 三角形接法 34 并联变流器系统仿真 仿真负载描述 负载1负载2负载3 35 并联变流器系统仿真 系统仿真结果 输入电压基波有效值 接负载1 采用双闭环结合重复控制方案 VSA VLA ISAVS VLIS IL I3 36 并联变流器系统仿真 系统仿真结果 输入电压基波有效值 接负载2 采用双闭环结合重复控制方案 VSA VLA ISAVS VLIS IL I3 37 并联变流器系统仿真 系统仿真结果 输入电压基波有效值 接负载3 采用双闭环结合重复控制方案 VSA VLA ISAVS VLIS IL I3 38 并联变流器系统仿真 系统仿真结果 输入电压基波有效值 接负载3 仅采用双闭环控制方案 VSA VLA ISAVS VLIS IL I3 39 并联变流器系统仿真 系统仿真结果 输入电压基波有效值 接负载1 采用双闭环结合重复控制方案 VSA VLA ISAVS VLIS IL I3 40 并联变流器系统仿真 系统仿真结果 输入电压基波有效值 在接负载1 并在时将负载切除 采用双闭环结合重复控制方案 VSA VLA ISAVS VLIS IL I3 41 并联变流器实验 实验装置 42 并联变流器实验 并联变流器控制电路 信号检测处理电路 43 并联变流器实验 并联变流器控制电路 信号检测处理电路 44 并联变流器实验 并联变流器控制电路 脉冲驱动放大电路 45 并联变流器实验 并联变流器控制电路 锁相电路 46 并联变流器实验 实验工况 并联变流器带不同负载工况下的输出电压 电流波形 工况1 带线性对称阻感串联负载 总容量 功率因数 其中 负载每相电阻 每相电感 工况2 带非线性负载 由无输出滤波电容的晶闸管不控整流电路与电感电阻串联电路并联组合而成 其中 并联阻感电路参数为 不控整流电路输出负载电阻值为 工况3 带晶闸管不控整流非线性负载 经输出滤波电容接负载电阻 其中 负载电阻 滤波电容 工况4 突加非线性负载 由无滤波电容的晶闸管不控整流电路与电感电阻串联电路并联组合而成 其中 并联阻感电路参数为 不控整流电路输出负载电阻值为 47 并联变流器实验 实验波形 工况1 Ch1 输出线电压VLBC 40V div 10ms div VLBCTHD 1 65 Ch2 负载电流iLA 5A div 10ms div 48 并联变流器实验 实验波形 工况2 Ch1 输出线电压VLBC 40V div 10ms div VLBCTHD 2 48 Ch2 负载电流iLA 5A div 10ms div 49 并联变流器实验 实验波形 工况3 Ch1 输出线电压VLBC 40V div