基于移相SVPWM的低谐波多通道变流器研究

论文摘要

随着传统能源问题的日益严峻，新型可再生能源越来越受到广泛的关注，许多国家已经或正在展开对新型可再生能源的研究、开发和利用工作。风能和太阳能因其自身的优点，在新型可再生能源并网发电中占据了重要地位。建设大规模风电并网发电站和光伏并网发电站可以更好更有效地利用风能和太阳能。本文研究新能源并网发电系统的关键部件之一——大功率并网变流器的拓扑及其开关调制技术。传统的多通道阶梯波合成变流器(以下简称多通道变流器)随着通道数的增多，虽然其输出波形质量可以得到很大的改善，但是这也使移相变压器制作难度增大，无法保证精确移相。为此，本文提出了一种新型的多通道变流器——移相控制多通道PWM变流器，研究了一种开关频率为3倍基波频率的空间矢量调制技术(SVPWM)，并将其应用于多通道PWM变流器。本文首先对移相控制多通道PWM变流器的电路结构、移相变压器和驱动信号进行了详细描述，分析了在SVPWM调制技术下变流器的谐波特性、SVPWM调制的基波相位延迟、各通道的功率平衡、SVPWM的调制线性度等，并以8通道变流器为例，对移相控制8通道变流器和普通8通道变流器的谐波特性进行了对比。论文其次建立了两相旋转坐标系下移相控制多通道PWM变流器的数学模型，设计了移相控制多通道PWM整流的闭环控制方案，给出了设计原则及具体的设计参数，并进行了仿真。最后，论文建立了移相控制多通道PWM整流的实验系统，对其部分功率电路和控制器进行了设计，并对移相控制多通道PWM变流器在无源逆变状态下的输出特性、电流闭环控制PWM整流进行了实验验证。实验结果表明，移相控制多通道PWM变流器在开关频率为3倍基波频率的开关方式下输出波形具有良好的正弦性，可以实现较高质量的网侧电流波形。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景与意义
• 1.2 PWM 变流器
• 1.2.1 脉冲宽度调制技术概述
• 1.2.2 大功率 PWM 变流器
• 1.3 本文研究内容
• 第二章 移相控制的多通道变流器
• 2.1 多通道变流器
• 2.1.1 多通道变流器结构
• 2.1.2 谐波抵消原理
• 2.1.3 移相控制多通道变流器
• 2.2 空间矢量脉宽调制基本原理
• 2.3 移相 SVPWM 在多通道变流器中的应用
• 2.3.1 变流器交流侧电压谐波分析
• 2.3.2 变流器交流侧电压基波延时分析
• 2.3.3 变流器各通道功率平衡分析
• 2.3.4 SVPWM 调制线性度分析
• 2.3.5 移相控制的多通道变流器与普通多通道变流器对比
• 2.4 本章小结
• 第三章 移相控制的多通道 PWM 整流器控制技术研究
• 3.1 移相控制的多通道 PWM 整流器
• 3.1.1 多通道整流器电路结构
• 3.1.2 移相控制的开关调制方式
• 3.2 系统控制方案
• 3.2.1 PWM 变流器的数学模型
• 3.2.2 PWM 整流器电压电流双闭环控制方案
• 3.3 移相控制多通道 PWM 整流仿真研究
• 3.3.1 整流器无源逆变仿真研究
• 3.3.2 单电流环闭环控制 PWM 整流仿真研究
• 3.3.3 电压电流双闭环控制 PWM 整流仿真研究
• 3.4 对拖系统控制方案
• 3.5 本章小结
• 第四章 移相控制的多通道 PWM 整流器实验系统设计
• 4.1 功率电路
• 4.1.1 交流滤波电感设计
• 4.1.2 钳位二极管
• 4.2 控制器方案
• 4.3 控制器硬件设计
• 4.3.1 SVPWM 信号产生电路
• 4.3.2 驱动电路
• 4.3.3 采样电路
• 4.3.4 保护电路
• 4.3.5 通讯电路
• 4.3.6 辅助电源
• 4.4 控制器软件设计
• 4.4.1 SVPWM 信号产生
• 4.4.2 SPI 接收
• 4.4.3 锁相环
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于移相 SVPWM 的多通道变流器实验研究
• 5.1 移相控制多通道逆变器的输出特性
• 5.1.1 逆变器输出谐波特性
• 5.1.2 调制线性度实验分析
• 5.2 电流闭环控制 PWM 整流实验研究
• 5.3 对拖实验
• 5.4 本章小结
• 第六章 全文工作总结与展望
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文