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基于虚拟同步发电机的辅助逆变器并联技术研究
| 论文题名： | 基于虚拟同步发电机的辅助逆变器并联技术研究 |
| 关键词： | 辅助逆变器;并联控制;三维空间矢量调制;虚拟同步发电机;动车组 |
| 摘要： | 辅助逆变器是动车组等车辆运行的重要保障。目前，先进动车组辅助逆变器通常采用并联供电技术，该项技术可以实现N+1冗余供电，提高电源供电的可靠性和可维修性，保证不间断供电。那么如何减小并联逆变系统的环流值就成为了目前需要解决的关键技术问题。虚拟同步机技术源于微电网控制，可以控制逆变器使其具有同步发电机特性，使得并联逆变器之间能根据实时输出的有功和无功功率自动调节输出电压的幅值和频率，从而在无需通信的情况下，实现逆变器间的负荷自动均衡，达到抑制环流的目的。基于此，本文将虚拟同步机技术应用于车载辅助逆变器控制，研究其可行性。文章接下来将会以如下思路展开叙述。 首先依据现有的理论建立了虚拟同步发电机的动态模型，包括电气部分和机械部分，利用转子运动方程、磁链方程以及电磁暂态方程构建起同步电机的数学模型，据此设计出频率-有功和电压-无功控制器，使逆变器具有同步电机的下垂特性。并根据实际情况，设计了逆变器的拓扑结构和波形调制方式。根据辅助逆变器的负载特性，主体电路部分采用基于三相四桥臂的逆变器结构，推导出其数学模型，结合该逆变桥拓扑的特点，选用三维空间矢量脉宽调制(3D SVPWM)技术作为调制方式。 理论分析了多台逆变器并联系统产生环流的原因，是由于各个逆变器的输出电压幅值、频率及相位不能够完全一致所造成的。由公式推导出影响环流大小和方向的因素，从而判断出采用虚拟同步机控制算法可使并联逆变器系统均匀分配有功和无功负载，达到均流效果。 然后根据系统的技术要求，分别设计出各部分电路及器件选型，包括逆变器、LCL滤波器、驱动电路、采样调理电路等硬件电路，以及控制器中各项参数的取值。根据理论分析结果，分别搭建了单台逆变器以及两台逆变器并联的Simulink仿真模型，并将传统下垂算法和虚拟同步机算法的控制效果进行了比较，验证了方案的可行性。 最后依据实验条件，设计并搭建了2000W的逆变器并联系统实物平台，验证了虚拟同步机算法控制的单台逆变器能够成功给负载供电，而且两台完全一样的逆变器之间并联后也能够均分负载，将环流限制在允许范围内，与传统下垂算法达到了基本相同的效果，同时还比基于Park变换的双闭环控制器省去了坐标变换和锁相环的环节，证明了该控制算法的有效性。 |
| 作者： | 董湘清 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 郭育华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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