单相UPS数字化波形控制技术研究

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1、华中科技大学硕士学位论文单相UPS数字化波形控制技术研究姓名：史鹏飞申请学位级别：硕士专业：电力电子与电力传动指导教师：熊健20060430摘要本文致力于单相UPS数字化波形控制技术的研究。由于UPS应用越来越广泛，对供电质量的要求不断提高，因此UPS输出电压波形控制技术，特别是数字化控制技术的研究成为当今UPS技术研究的热点。好的输出波形包含两个方面的要求：稳态精度高和动态响应快。本文围绕这两点，研究了重复控制技术和基于重复控制的复合控制技术，并对UPS输出电压波形控制技术相关的偏磁补偿技术进行了研究。在把负载

2、电流视为扰动输入的前提下，建立了逆变器的连续状态空间模型和离散状态空间模型，并在MATLAB环境下建立了包含死区的精确仿真模型，为以后的分析设计奠定了基础。分析了理想状况下逆变器输出电压谐波情况，并指出实际情况下造成输出电压波形畸变的主要原因：死区效应和非线性负载扰动，进而阐明了波形控制的必要性。重复控制源于控制理论中的内模原理，是一种基于周期补偿的控制，能够完全消除周期扰动造成的波形畸变，得到高精度的稳态输出波形。但由于其自身的局限性，导致动态性能较差。分析了重复控制系统的稳定性，给出了设计思想和设计实例。在此

3、基础上，引入了一种奇次谐波重复控制器，分析了内模的改进方法，给出了设计思想和设计实例。瞬时值反馈能够改善逆变器的动态性能，而重复控制能够获得质量较高的稳态波形，两者结合能得到动态响应快、稳态精度高的输出波形。本文重点研究了极点配置与重复控制串联、电压微分反馈与重复控制串联和带积分环节的电压微分反馈与重复控制串联三种方案。仿真和实验结果证明瞬时值反馈和重复控制互为补充，不仅改善了逆变器动态性能而且获得了精度更高的稳态波形。工频隔离变压器直流偏磁补偿是UPS必须解决的一个问题。本文详细分析了工频隔离变压器偏磁饱和的原

4、理，阐明了逆变桥输出电压中很小的直流分量导致变压器原方产生很大偏磁电流的机理。在使用原方电流反馈控制的基础上，引入了软件偏磁补偿和硬件偏磁补偿两个概念，同时引入一种提高偏磁补偿精度的方法，给出了设计思想和设计实例。关键词：不间断电源逆变器数字控制重复控制极点配置电压微分反馈带积分环节的电压微分反馈偏磁IAbstractThisdissertationisfocusedontheresearchofthedigitalcontroltechnologiestotheoutputvoltagewaveformforU

5、PS.WithmoreandmoreapplicationsofUPS,therequirementsforpowersupplygetimproved,sothewaveformcontroltechnologies,especiallythedigitalcontroltechnologies,becomethehotspotontheresearchofUPStechnologies.Highqualitywaveformhastwocharacteristics.Ithasnotonlynicestati

6、ccharacteristicbutalsowelldynamicresponse.Aimingatthesecharacteristics,repetitivecontroltechnologyandcompositecontroltechnologybasedonrepetitivecontrolareanalyzedandverifiedbysimulationsandexperiments.Thecorrelativeavoidingbiastechnologies,whichisassociatedwi

7、thoutputvoltagewaveformcontroltechnologiesforUPSinverter,isstudied.Assumingthecurrentofloadasdisturbanceinput,continuousstate-spacemodelanddiscretestate-spacemodelofinverterareestablished.Aprecisesimulationmodeltakingintoaccountdead-timeeffectisalsoestablishe

8、dwithMATLABsoftware.Thesemodelsarethebasesoffartheranalysis.Theharmoniccomponentofoutputvoltageisstudied.Itisanalyzedthatcausingthewaveformdistortionincludingdead-timeeffectandnonlinearlo