摘要
偏远地区受环境和硬件等条件制约，其电网供电质量差且成本高，而建立可靠的离网供电系统，是解决上述问题的有效方案。级联H桥（CascadedH-bridge，CHB）逆变器作为一种广受关注的多电平逆变器，具有模块化、功率等级扩展灵活等优点，适合应用于离网供电，因此对其在离网场景下的控制方法进行研究具有重要意义。本文针对两种常见的离网CHB逆变器结构（两级式和并联型）展开研究，并在此基础上设计方法。本文所设计方法可分别满足高电流跟踪质量及低谐波风险两种供电需求，具体工作如下： （1）分析CHB逆变器的基本结构和原理，对载波移相（CarrierPhaseShifted，CPS）调制策略进行介绍。为进行方法验证和降低控制器成本，依据CHB逆变器的原理和CPS调制策略，设计了基于STM32的CHB逆变器样机方案，并验证了该设计方案的可行性。 （2）针对离网两级式CHB逆变器，设计了基于滑模控制器的电流跟踪方法：PI控制器通过Boost电路调节和稳定DC/DC部分的电容电压；滑模控制器通过采样负载电流，实时计算控制量，并与三角载波进行调制，实现负载电流对参考电流的跟踪。随后从非线性行为的角度分析了滑模控制器的参数选取范围。仿真和样机实验结果表明：负载电流跟踪效果良好，且总谐波失真（TotalHarmonicDistortion，THD）基本上小于5%。 （3）针对离网CHB并联型逆变器，根据其拓扑结构及CPS调制策略，分析其输出电压和支路间循环电流的整数倍Nfc频率谐波组谐波含量与支路载波相位角的关系，以此设计了切换支路载波相位角的CPS方法。该方法可以将使输出电压及循环电流奇数倍Nfc频率谐波组幅值约折中至其最大值的50%，并使输出电压谐波含量和循环电流谐波含量达到平衡。方法的有效性经仿真和样机实验验证。 （4）为减轻谐波对设备寿命的危害，设计了一种应用于离网CHB并联型逆变器的混沌CPS方法。该方法将混沌载波方法与切换载波相位角的CPS方法相结合，在折中输出电压和循环电流谐波含量的同时，减小两者谐波峰值，从而削弱其对设备正常运行及寿命产生的不良影响。测试结果表明，为避免输出电压THD上升，最大附加频率应＜0.12Fc。方法的有效性经仿真和样机实验验证。
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