开题报告
1.项目介绍
逆变电路的应用非常广泛。现有的各类直流电源，例如蓄电池、干电池、太阳能电池等，在其向交流负载供电时都需要逆变电路的参与。此外，在交流电动机的变频器、不间断电源(UPS)、现代智能电网、家用电器、各类微电网和新能源的开发设备中，逆变电路也是其中不可或缺的一部分。有人甚至说，电力电子技术早期曾处在整流器时代，后来则进入了逆变器时代【1】
随着逆变器的广泛应用，对逆变器的容量和电压等级的要求也越来越高。传统的两电平拓扑结构电压型逆变器已经难以实现人们对大功率、高电压和高频率逆变器的急切需求【2】。如果使用更大容量的功率器件，逆变器的成本太大而且功率器件的容量存在着上限。为了在节约成本的基础上实现逆变器更高的性能，多电平逆变器应运而生。多电平逆变器利用现有的功率器件，采用新的电路结构和调制方式，以实现大功率、高电压和高频率的直流电能转换。
多电平逆变器在人们的生活和生产中的应用越来越广泛，其发展推动着电气工业的前进。与传统的两电平逆变器相比，多电平逆变器优势突出。在应用中,尤其在应用于高压大功率场合时,多电平逆变器具有以下突出优点【3】：
- 每个功率开关承受的母线电压大大降低,可以用低耐压的器件实现高压大功率输出；
- 电平数的增加,改善了输出电压波形,减小了输出电压波形畸变；
- 可以用较低的开关频率获得和高开关频率下两电平变换器相同的输出电压波形,减小了开关损耗,提高了系统效率；
- 在相同的直流母线电压条件下,和两电平变换器相比,功率开关器件所承受的dv/dt应力大为减少。
目前，多电平逆变技术已成为电力电子技术的一个热点，在航天航空【4】、新型快控电源【5】、振动试验【6】、风能光伏发电【7】【8】等领域得到越来越多的应用。在多电平逆变系统中，常用的多电平逆变电路有发明较早、使用较多的中点钳位型逆变电路，还有飞跨电容型逆变电路，以及单元级联式多电平逆变电路【4】。与常见的多电平级联式H桥逆变器不同，并联式H桥逆变器具有输出大电流和冗余控制的特点，提高了系统供电的可靠性。本项目针对多电平并联式H桥逆变器进行建模仿真和控制器设计的研究。以下首先进行文献综述，然后阐述欲解决的关键问题，最后详细介绍拟采用的设计方案，以及具体进度安排和设计目标。
2. 文献综述
2.1逆变器的建模仿真
对于逆变器的建模仿真，大多数研究采用的仿真软件是 MATLAB【9】。MATLAB 的优势是含有丰富的逆变系统中的各个封装模块，有非常强大的计算能力，并且学习该软件的速度比较快，对于逆变系统的搭建，简单方便且效率非常高。也有部分研究采用美国Ansoft公司的Simplorer。Simplorer是一个功能强大的跨学科多领域的系统仿真软件,可以应用于电机、机电、电力电子和电力传动等领域.它不是局限于某一个技术领域问题,而是提供了一个多工程领域的一体化解决方案,具有操作简单、建模方便、计算快速准确、后处理功能强大以及接口丰富等优点【3】。
无论采用哪种仿真软件，在建模过程中，最重要的工作基本都一样，分为主电路的设计，控制方式和调制方式的选择【10】。在模型搭建完成后，需要进行参数的调整，模型的运行和调试，最后根据自己的设计要求得到理想的仿真结果。
2.1.1 逆变器的控制方法
逆变器的控制己经研究了多年，发展出了许多种不同的控制方法，从开环控制到闭环控制，从电压单环控制到电压电流双闭环控制，从单纯的模拟 PI 控制到应用现代控制理论的先进控制方法的数字离散控制。各种控制方法不断发展都是为了满足对逆变器性能越来越高的要求【11】。下面是目前工业上应用较多的几种控制方法。
电压瞬时值控制系统【11】的特点是输出电压反馈衰减后与给定的基准正弦波进行瞬时值比较，产生的误差信号经过PI调节后与载波信号相比较得到SPWM控制信号，这种控制方法能够实时地调节输出电压的波形，比较好地抑制元器件的非线性特性和直流母线电压波动带来的影响，在一定程度上改善了逆变器的静态和动态特性。但只有单电压环控制时，如果负载发生比较大的动态变化，逆变器的输出电压会有比较大的畸变，而且动态调节比较慢。由于这种系统是二阶振荡环节，负载越轻，动态调整时间越长，且轻载时闭环系统的根轨迹靠近虚轴，系统稳定性差。
电压有效值控制系统【11】的特点是逆变输出电压经电压互感器降压后整流滤波得到电压有效值，其输出电压与给定相比较，产生的误差信号经过PI调节，PI调节器输出与基准正弦信号相乘用以调节正弦调制信号的幅值，再将该调制信号与三角波载波信号交截，产生SPWM信号，经驱动电路加到逆变桥。与电压瞬时值反馈控制不同，其基准电压为恒定直流电压信号，经过PI调节器可以对输出电压的幅值进行连续调节并使得输出电压无稳态误差。但这种控制方式只能保证输出电压的有效值恒定，不能保证输出电压的波形质量，特别是在非线性负载条件下输出电压谐波含量大，波形严重失真；另一方面，电压有效值外环控制的动态响应过程十分缓慢，在突加、突减负载时输出波形波动大，恢复时间一般需要几个甚至几十个基波周期。
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