三相电压型整流器的仿真研究

论文摘要

本文以电磁法探测领域的整流装置为研究背景,对三相电压型空间电压矢量脉宽调制（Space Voltage Vector Pulse Width Modulation,简称SVPWM）整流器系统进行分析、设计,双闭环控制的三相电压型SVPWM整流器建模时,三相静止坐标系到两相同步旋转坐标系的派克变换和两相旋转坐标系到两相静止坐标系的变换初相位不定,使变换不能顺利实现,另外,电网电压、电流采集时存在噪声,影响了系统稳定性。传统的用开关表和滞环控制进行调制的直接功率控制三相电压型SVPWM整流器开关频率不固定,数字化实现复杂。论文做了以下工作:①三相电压型SVPWM整流器系统参数设计系统参数包括主电路参数和控制系统参数。主电路参数主要有交流输入侧电感值、直流输出侧电容值、给定的直流输出侧电压等。控制系统参数主要有SVPWM调制参数、比例积分（Proportional-integral,简称PI）调节器参数、常数的数据精度（数据位数、小数位数）、连续域与离散域模型接口模块数据精度等。根据有功功率和瞬态电流跟踪指标设计电感;根据电压外环的跟随性和抗扰性,同时在限制负载扰动产生的直流电压动态降落下设计电容;根据跟随性和抗扰性设计电压外环和电流内环的PI控制器;在满足仿真精度和硬件占用率少的前提下设计控制系统中模块的数据精度。②三相电压型SVPWM整流器系统控制策略用前馈解耦的双闭环控制和基于空间矢量脉宽调制的直接功率控制两种控制方法对整个三相电压型SVPWM整流器控制系统进行设计、仿真、实验。前者在常规的采用电压外环、电流内环的双闭环控制基础上,搭建数字锁相环、数字滤波器。后者在常规的基于电压定向控制和虚拟磁链控制的三相电压型脉宽调制（Pulse Width Modulation,简称PWM）整流器基础上,减少电压传感器的数量,并将空间矢量脉宽调制引入控制系统中,形成基于空间矢量脉宽调制的直接功率控制。③基于Simulink搭建连续域模型在Simulink中搭建基于前馈解耦的双闭环控制模型和基于空间矢量脉宽调制的直接功率控制模型,对主电路和控制系统相关参数进行设计,进行离线仿真验证理论算法的正确性。④基于VHS-ADC平台搭建离散域模型在高速数字信号处理平台（High-speed Digital Signal Processing Platform,简称VHS-ADC）VHS-ADC平台中构建大量的电力电子模型来最终形成离散域中三相电压型SVPWM整流器的上述两种实时控制模型。在常规的三相电压型SVPWM整流器模型基础上,增加了数字锁相环跟踪电网电压的相位和频率,解决了仿真中初始相位不确定导致的系统运行不稳定的问题。增加有限冲激响应（Finite Impulse Response,简称FIR）数字滤波器对信号进行处理、减少干扰。将SVPWM控制与直接功率控制相结合,使开关频率固定,动态响应好,简化了系统,改善了系统运行性能。在Simulink和基于加拿大Lyrtech公司的VHS-ADC这一现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,简称FPGA）高速数字信号处理平台上分别搭建了这两种控制系统连续域和离散域模型,实验验证了其离散域模型的正确性,对实际大功率验证有指导意义,使样机开发和试制简单化。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究的背景及意义
• 1.3 PWM 整流器的研究现状
• 1.3.1 数学模型
• 1.3.2 拓扑结构
• 1.3.3 电流控制
• 1.3.4 控制策略
• 1.3.5 调制方法
• 1.3.6 应用场合
• 1.3.7 研究方法
• 1.4 论文的主要研究工作
• 2 三相电压型 PWM 整流器结构、数学模型及工作原理
• 2.1 三相电压型PWM 整流器的系统结构
• 2.2 三相电压型PWM 整流器的数学模型
• 2.2.1 三相静止坐标系中整流器的数学模型
• 2.2.2 两相旋转坐标系中整流器的数学模型
• 2.3 三相电压型PWM 整流器的工作原理
• 2.4 小结
• 3 双闭环控制的三相电压型 PWM 整流器系统设计
• 3.1 三相电压型PWM 整流器主电路参数设计
• 3.1.1 直流侧电压的设计
• 3.1.2 交流侧电感的设计
• 3.1.3 直流侧电容的设计
• 3.2 三相电压型PWM 整流器控制系统设计
• 3.2.1 前馈解耦控制
• 3.2.2 电流内环设计
• 3.2.3 电压外环设计
• 3.3 数字锁相环
• 3.4 数字滤波
• 3.5 小结
• 4 基于 DPC-SVPWM 的三相电压型 PWM 整流器研究
• 4.1 基于电压定向的三相PWM 整流器直接功率控制
• 4.2 基于虚拟磁链的无交流电压传感器的直接功率控制
• 4.3 基于DPC-SVPWM 的三相PWM 整流器直接功率控制
• 4.4 小结
• 5 基于 VHS-ADC 平台离散域系统模型的构建及仿真研究
• 5.1 连续域中系统模型的构建及仿真
• 5.1.1 双闭环控制的三相电压型PWM 整流器模型
• 5.1.2 基于 DPC-SVM 的三相电压型 PWM 整流器模型
• 5.2 离散域中系统模型的构建及仿真
• 5.2.1 双闭环控制的三相电压型PWM 整流器模型
• 5.2.2 基于DPC-SVPWM 的三相电压型PWM 整流器模型
• 5.3 基于VHS-ADC 平台的仿真实验研究
• 5.3.1 双闭环控制的三相电压型PWM 整流器
• 5.3.2 基于DPC-SVPWM 的三相电压型PWM 整流器
• 5.4 小结
• 6 总结
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 后期工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A.作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B.作者在攻读学位期间参与的科研项目目录