用于交流驱动系统的混合型逆变器优化控制研究

The hybrid inverters are composed of different capability and different switching frequency inverters paralleled, which has the advantages of smart capability allocation ,low current distortion and low switching loss. At present,the problems such as the improper capability allocation, voltage distortion in the low frequency and the zero sequence current haven't been solved well, which influenced the applications in the large capacity AC drive field.Three-phase induction motor speed regulating system drived by the hybrid inverters as the research object in the project, a optimized capacity allocating scheme of the hybrid inverters is proposed, reducing the current total harmonic distortion and total switching loss. To the output voltage distortion caused by the dead-time effects, a uniform current control scheme based controlling the inverter output voltage is presented, the motor low-speed performances can be improved by compensating the reference voltage; to the zero-sequence current in the hybrid inverters, canceling the zero vector in the traditional SVPWM, and compositing the reference voltage by multiple none-zero vectors, the zero-sequence voltage can be reduced effectively with wider modulation range, guaranteeing the reliable work of the hybrid inverters.Through the above researches, key technical problems can be solved aiming at the inverters parallel of different capability and different switching frequency.

混合型逆变器由不同容量不同开关频率的逆变模块并联组成，具有容量配置灵活、输出电压电流的谐波畸变低及低开关损耗的优点，是电力电子变换器中一个新兴的研究方向。混合型逆变器容量的配置不当以及低频时输出电压畸变和零序环流等问题，很大程度上影响了其在大功率交流传动中投入实用。本项目以20kW混合型逆变器驱动的三相感应电机调速系统为实验平台，从抑制逆变器总开关损耗、减小电机电流谐波畸变率和提高低频动态性能出发，研究混合型逆变器的容量优化配置方案，并对提出的基于控制逆变器输出电压的主从式矢量控制系统进行优化设计。①提出基于空间矢量脉冲宽度调制的混合型逆变器死区补偿方法，实现电机负载侧电压的畸变补偿；②采用非零矢量替代SVPWM调制算法中的零矢量，在较大调制范围内降低零序电压，抑制混合型逆变器的零序环流。通过开展上述研究，解决不同容量不同开关频率逆变模块并联运行的关键技术问题。

混合型逆变器由不同容量不同开关频率的逆变模块并联组成，具有容量配置灵活、输出电压电流的谐波畸变低及低开关损耗的优点，而混合型逆变器容量的配置不当以及低频时输出电压畸变和零序环流等问题，很大程度上影响了其在大功率交流传动中投入实用。.本项目的工作是紧密围绕20kW混合型逆变器驱动的交流调速样机的研制进行,从抑制逆变器总开关损耗、减小电机电流谐波畸变率和提高低频动态性能出发，研究混合型逆变器的容量优化配置方案，并对提出的基于矢量解耦的主从式控制系统进行优化设计。①研究了与主从逆变器容量分配有关的参数，即电流分配比和开关频率比。然后分别改变两个参数，对不同容量配置下系统的谐波补偿性能进行仿真研究。结果表明，在输出电感已知的前提下，只要从逆变器具有较好的电流跟踪控制能力，容量分配参数不影响系统的谐波补偿性能。②在不增加控制系统复杂度的前提下，通过将SVPWM调制与预测电流控制技术引入从逆变器的内层跟踪控制中，使从逆变器具有更好的电流补偿效果，间接补偿主逆变器的死区电压，从而提高电机负载侧的电压波形。结果表明，和传统PI控制相比，采用预测电流控制后低次谐波得到有效抑制，而且可以消除采样、计算等带来的延迟；③分析了零序电流的产生原因，从控制算法角度，研究了基于零轴电流反馈的抑制方法；从改变主电路结构角度，研究了基于独立电容供电的零序电流抑制方法。将两种方法对比研究，结果表明两种方法在抑制零序环流效果方面区别不大，而独立电容供电的方式在硬件上需要增加稳压电容，控制算法中还要对电容电压进行稳压控制，系统成本相对较高。.通过开展上述研究，给出了混合型逆变器的容量配置方案，解决了控制系统中的零序环流和死区补偿等问题，从系统效率和输出总谐波畸变率角度优化设计了控制系统，为其在大功率电机传动领域的实际应用提供了理论和实验参考。