论文总字数：15519字

摘 要

本文研究对象为三相UPS不间断电源逆变器，首先介绍了UPS的研究现状，后又分析了如今普遍的逆变器并联的结构和控制方式，并分析了各自的优缺点。其次，在三相静止、两相静止及两相旋转标系下建立三相逆变器的模型，通过对逆变器模型的解耦设计了逆变器电压电流双闭环PI控制器，在此基础上为了更高的提高系统效率，运用入下垂控制法来实现逆变器的无互联信号连线的并联运行，比较了下垂系数对系统稳定性的影响，并选取了合适的系数，利用MATLAB进行了仿真，又对逆变器并联运行时的均流状态进行了分析。本文通过数学模型的计算及仿真试验，探究出影响输出功率的因素，并设计出相对应的弥补方案，以使系统可以达到尽可能高的利用率。最后，在理论分析的基础上，进行了实验，验证了本文设计方案的可行性。

关键词：三相UPS逆变器；下垂控制；双闭环PI调节；逆变器并联

Design and control of UPS Inverter

Abstract

The research object of this paper is three-phase UPS inverter. Firstly, the research status of UPS is introduced, and then the structure and control mode of parallel inverters are analyzed, and their advantages and disadvantages are analyzed. Secondly, the model of three-phase inverter is established in three-phase stationary, two-phase stationary and two-phase rotating frame. The voltage and current double closed-loop PI controller is designed by decoupling the inverter model. On this basis, in order to improve the system efficiency, the droop control method is used to realize the parallel operation of inverter without interconnection signal connection, The influence of droop coefficient on system stability is compared, and the appropriate coefficient is selected. The simulation is carried out with MATLAB, and the current sharing state of parallel inverters is analyzed. Through the calculation of mathematical model and simulation test, this paper explores the factors that affect the output power, and designs the corresponding compensation scheme, so that the system can achieve as high utilization as possible. Finally, on the basis of theoretical analysis, experiments are carried out to verify the feasibility of the design.

Key words: three phase UPS inverter, Droop control, Double closed loop PI regulation, Parallel inverters

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 UPS不间断电源逆变器概述 1

1.2 逆变器控制方法 1

1.3 UPS逆变器并联研究现状 1

第二章 UPS逆变器并联运行的工作原理 3

2.1 逆变器并联基本原理 3

2.2 有互连线并联 3

2.2.1 主从控制 4

2.2.2 分布逻辑控制 4

2.2.3集中控制 5

2.3 无互连线并联 5

2.3.1 基本原理 5

2.3.2 下垂控制法的研究现状 6

第三章 逆变器的数学模型 7

3.1 引言 7

3.2 逆变器的数学模型 7

3.2.1 逆变器在三相静止坐标系下的模型 7

3.2.2 逆变器在两相静止坐标系及两相旋转坐标系下的数学模型 9

3.3 解耦控制 11

3.4 电压电流闭环解耦控制的MATLAB仿真 12

3.5 本章小结 14

第四章 UPS下垂控制方法研究及其并联运行分析 15

4.1 逆变器下垂控制的原理 15

4.2 双闭环的下垂控制计算 16

4.3 逆变器并联系统运用下垂控制法的MATLAB仿真 17

4.4 本章小结 21

第五章 UPS逆变器的数字控制设计验证 22

5.1 过压和欠压保护 22

5.2 控制系统设计 22

5.2.1 SVPWM的数字化实现 22

5.2.2 双闭环PI调节系统的实现 24

5.3 实验验证 24

5.4 本章小结 25

总 结 26

致 谢 27

参考文献(References) 28

绪论

1.1 UPS不间断电源逆变器概述

UPS大多数情况下的位置在于市电电网和民用电电网之间，它的作用是来提高电网的供电质量，并且来确保用电的各种设备在市电发生任意一种故障时，还能够正常运行，使民用电不会产生不必要的断电现象。在UPS的每一组成部分中，它的核心，也是最重要的一部分就是逆变器，而对于逆变器来说，它最主要的指标是在稳态和动态情况下都能保持输出波形不发生畸形变化，所以如何优化不间断电源逆变器的控制方法是当下研究的热点。

1.2 逆变器控制方法

随着对不间断电源UPS不断深入的研究。我们对于之前UPS逆变器输出波形的控制手段基本上会去使用模拟电路，而控制方法则会是较为传统的PID调节器。对于传统模拟控制方法，现在的我们认为有以下一些缺点:①从发电站出来的电源生产源头不同，故而不具备一定的相同性。②这一模糊PID控制器的设计时间相对较长，会浪费很多的不必要时间，而且进入使用阶段前期的调试还非常复杂。③模式单一，无法在使用中途切换控制方法。^[1]

最近几年来，伴随着数字信号处理器DSP，现场可编辑逻辑器和大规模集成电路等技术的发展，我们对于UPS逆变器的控制方法又有了也是不停地在进步，在更新。现如今，UPS逆变器的控制手段已经慢慢地从模拟向数字化变化，也就是说越来越数字化。根据近些年的实例可以轻易看出逆变器数字化会有以下优点:①安装时器件数量很少，大大减少了控制元件数量，从而也加强了系统的抗干扰能力。②电源出处一致，具有相同性。③数字化逆变器设计简单，制造起来更为容易，更主要的是安装完毕后，只要控制方法需要改变，就可以修改程序从而达到最新的要求，根本不需要对电路有变动，极大程度上减少了设计周期④可以随时代自动更新，随时采用最新最好的控制方法。因此输出的电源质量也会越来越好，也会更加的实现智能数字化控制。⑤从数字化控制方法的灵活这一点出发，我们也可以让几台UPS并联运行，大大提高电路的效率，从而让UPS的数字化和并机对应起来，这也是本文研究的重点。当前，许多种的离散控制方法也开始成为大众研究的热点，比如重复控制，离散滑模控制，无差拍控制和人工神经网络控制等等。综上所述，数字化控制技术是UPS逆变器当下发展的必然趋势。^[2]

1.3 UPS逆变器并联研究现状

不间断电源系统运行的方式大体上可以分为两种，区别就是在于它们是否有无信号连线。并联电路中多个逆变器之间有信号连线的我们分为有互联信号并联，相反的，没有信号连线的我们称之为无互联信号并联。对于在有互联信号并联的网络中，电压和电流信号通过连接线相互流动，从而每个单元都会接收到最新的信号，实现同步，再实现平均分配。但是这种控制手段过于依赖信号线，因此在其他的应用上收到了各种各样的限制。所以，眼前我们用的更多的还是无互联信号并联。

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