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不平衡负载下逆变器运行机理与控制研究

专业名称：模式识别与智能系统

研究生姓名：苗斌玉

指导教师：巫付专教授

摘要

近年来随着工业发展，人们对电能的需求逐渐增加，同时，三相不平衡负载在日常

生活中广泛应用，本文将带三相不平衡负载的逆变器作为研究重点，提高电能质量作为

研究的方向。

首先针对分裂电容式三相四线制逆变器带不平衡负载时输出负载电压幅值、相位不

平衡等问题，对三相四线制逆变器不平衡运行机理进行了分析。对于幅值不相等的问题，

采用三闭环控制策略，其中采用前馈+反馈复合控制策略的电感电流内环和电压中环抑

制电源与负载的扰动，电压均方根值外环完成三相电压幅值的控制；由于传统均方根值

检测算法会占用处理器大量的内存，同时检测结果会存在一个周期的延时。为了快速准

确的计算出均方根值，提出了一种基于复合滤波器的均方根值检测算法，该方法是将交

流正弦信号取绝对值，然后经过低通滤波器与陷波器滤除谐波信号；对于相位不平衡，

分析了不平衡电流、直流侧电容电压波动和负载电压中谐波之间的相互关系，并根据国

家标准中对负载电压谐波的要求，提出了一种直流侧电容的设计方法，从而抑制了相位

不平衡问题。

随着逆变器输出功率的增大，其直流侧电容也会随之增大，为了解决该问题，对采

用基于分序控制的三相四桥臂逆变器进行了研究。分别在静止坐标系与旋转坐标系下进

行建模分析，并通过坐标变换与陷波器相结合的方法，对正序、负序和零序分量进行提

取，并通过分序控制，以此来抑制由负载不平衡造成的负序与零序分量，由于提取到的

零序分量为交流分量，为此引入二阶广义积分用于生成其正交分量，并经过αβ-dq坐标

系将其转换至dq坐标系下，实现对零序分量的无静差控制，从而保证了三相四桥臂逆

变器的稳定和可靠运行。

最后通过PSIM仿真软件对基于分裂电容式逆变器的三闭环控制策略和分裂电容的

选取方法进行验证，同时也对基于分序控制的三相四桥臂逆变器带三相不平衡负载能力

进行验证，并设计制作基于TMS320F28335控制器的1200VA实验平台，对功率电路、

采样电路和保护电路等，进行了分析与设计，最终在基于TMS320F28335控制器的

1200VA实验平台上对两种系统进行实验验证，并对仿真与实验结果进行说明。

关键词：分裂电容式逆变器；三相四桥臂逆变器；三闭环控制；分裂电容选取；分

序控制；

RESEARCHONOPERATIONMECHANISMANDCONTROLOF

INVERTERSUNDERUNBALANCEDLOADS

Major:PatternRecognitionandIntelligentSystems

Masterstudent:MiaoBinyu

Supervisor:WuFuzhuanProfessor

Abstract

Inrecentyears,withthedevelopmentofindustry,peoplesdemandforelectricalenergy

graduallyincreased,atthesametime,three-phaseunbalancedloadsarewidelyusedindaily

life,thispaperwilltaketheinverterwiththree-phaseunbalancedloadsasthefocusofthe

research,andimprovethequalityofpowerasthedirectionoftheresearch.

Firstly,th