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1、 . 硕士学位论文UPS系统中PFC整流与三电平逆变器的研究107 / 118A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the RequirementsFor the Degree of Master of EngineeringA Study of PFC Rectifier and Three-level Inverter on UPS SystemCandidate :Li LiangMajor :Power Electronics and Electric DriveSupervisor:Prof. Kang Yong Prof. Dua
2、n ShanxuHuazhongUniversity of Science and TechnologyWuhan, Hubei P.R. China 430074April, 2006独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作与取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日学位论文使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留
3、并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 ，在_年解密后适用本授权书。本论文属于 不。（请在以上方框打“”） 学位论文作者签名： 指导教师签名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘 要UPS广泛应用于国民经济的各个领域。本文是针对UPS系统中PFC整流和三电平逆变器的研究。本文PFC采用平均电流控制芯片LT1248，论述了其工作原理，采用了双Boost的新型拓扑，阐述了功率和控制电路的设计方法。推导了电流环、电压外环的小信号模型，采
4、用串联校正设计了补偿网络。补偿后的电流环增加了环的带宽，加大了高频段的衰减，抑制了开关噪声，提高了环的动态性能；补偿后的电压环减小了外环带宽，加大了中频段的衰减，抑制了输出电压次谐波干扰，提高了外环的稳态性能。经过仿真和实验验证，UPS输入端的功率因数提高到90以上。本文对三电平逆变器的拓扑和控制做了分类。介绍了功率和控制电路的设计方法。比较了单相SPWM各方法的特点。推导了三电平单相逆变器的数学模型，采用了极点配置PID瞬时值反馈的控制策略，论述了PID串联校正的设计方法。仿真分析了参数的取值不同对系统的影响，得出在系统截止频率要求围，越大，系统稳态、动态性能越好的结论。分析了PID瞬时值反
5、馈稳态精度不佳的原因，增加了均值PI外环，使输出电压幅值无静差。本文还对数字化PID做了论述，比较了位置式和增量式算法的特点和适用围，给出了算法流程图。通过仿真和实验验证，逆变器具有良好的稳态和动态性能。本文针对三电平逆变器的中点平衡问题，分析了中点波动的成因和危害，采用了针对三相SPWM控制的载波浮动的中点平衡控制策略，并论述了PFC母线平衡控制与逆变器直流偏磁控制对于中点平衡的作用。关键词：三电平 逆变器 PFC PID 极点配置 双环 LT1248AbstractUPS is widely used in many applications. This dissertation rese
6、arches on PFC rectifier and three-level inverter of UPS system.PFC adopts the chip LT1248 with mean current controlling method. The working principle is noted. A novel double Boost topology is proposed and the designing method of power and control circuit is illustrated. The thesis induces the small
7、 signal mode of current and voltage loop. Based on that, a compensative network is designed in series. The compensated current loop increases the band width and attenuation in high frequency period. The noise of switch is restrained and the dynamic characteristic improves. The compensated voltage lo
8、op decreases the band width and increases the attenuation in middle frequency period. The second harmonic wave is restrained and the steady-state characteristic improves. Through simulating and experiment, the power factor reaches at 90% above.The topology and controlling method of three-level inver
9、ter is classified in this paper. The designing method of power and control circuit is introduced. The math mode of three-level single phase inverter is induced after comparing of varies of SPWM methods. The control scheme which uses PID instantaneous feedback control with pole assignment is explaine
10、d. The parameters have different effects on system when their values differ. A conclusion comes out, which expresses the bigger values, the better performancebelow the systemic cut frequency. Then this PID feedback methods shortcoming is announced which is bad for the system steady-state precision.
11、To solve this problem, the system adds another PI mean value loop outside. Furthermore, this thesis focuses on the realization of PID digital control. A comparing of location method and increment method shows the different traits and different applications. Arithmetic flows are made for both methods
12、. Through simulating and experiment, it shows that the inverter has satisfied steady-state and dynamic characteristics.The dissertation illustrates the neutral point balance problem of three-phase inverter. The cause and harm of the neutral point fluctuating is analyzed and a strategy which uses the
13、 floating carrier to three-phase SPWM controlling is proposed. In addition, the PFC bus balance control and the invert magnetism compensation is used to control the neutral point balance.Keywords: three-level inverter PFC PID pole assignment double-loop LT1248目 录摘要IAbstractII1 绪论1.1 选题的目的和意义(1)1.2 U
14、PS技术综述(1)1.3 PFC整流技术综述(4)1.4 三电平逆变器技术综述(8)1.5 本文的主要研究容(12)2 PFC系统的分析与设计2.1 采用LT1248控制PFC整流电路的工作原理(14)2.2 双boost电路的新型拓扑(16)2.3 硬件系统的分析与设计(18)2.4 控制系统的分析与设计(24)2.5 仿真分析和实验结果(38)2.6 本章小节(40)3 三电平逆变器的分析与设计3.1 三电平逆变器的工作原理(42)3.2三电平逆变器单相控制模型的建立(46)3.3硬件系统的分析与设计(49)3.4 控制系统的分析与设计(52)3.5 数字化PID算法的实现(63)3.6
15、仿真分析和实验结果(66)3.7 本章小节(70)4 三电平逆变器中点平衡问题分析4.1 中点波动的成因(71)4.2 中点电位不平衡的危害(72)4.3 中点平衡的控制策略(72)4.4 本章小节(77)5 全文总结5.1 本文工作总结(78)5.2 本文工作的不足和今后工作的展望(79)致(80)参考文献(81) 附录：攻读学位期间发表的论文目录(85)1 绪论1.1选题的目的和意义电力电子技术蓬勃发展至今，各种各样的技术手段层出不穷，给人们的生产、生活等各个领域带来了翻天覆地的变化。大到大型的风力发电站、光伏发电系统和直流输电网络，小到手机充电器、荧光灯电子镇流器和笔记本电脑的适配器等，无不渗透着电力电子技术。其中，UPS技术密度大，
