三相电压型PWM整流器控制策略研究

论文摘要

传统的整流装置是电网污染的主要来源,三相电压型PWM整流器具有输出电压恒定、实现单位功率因数运行的特点,并可以实现电能回馈电网。本文主要研究三相电压型PWM整流器,包括三相电压型PWM整流器原理、拓扑结构、数学模型及控制策略。建立数学模型是研究三相PWM整流器的有效手段。分别在三相静止坐标系、两相静止坐标系和两相旋转坐标系下建立数学模型。本文研究了PWM整流器电压矢量定向控制和直接功率控制这两种控制策略,并对电网电压不平衡时三相PWM整流器控制策略进行了探讨。电压矢量定向控制包括间接电流控制和直接电流控制,本文分别介绍了它们的原理,并建立了控制系统仿真模型以验证策略的正确性。直接功率控制的主要特点是结构简单、动态响应快、抗干扰性能好。本文介绍了瞬时功率和虚拟磁链的概念、直接功率控制原理及不定频直接功率控制和定频直接功率控制两种方法。传统不定频直接功率控制开关状态表使无功功率控制效果差,交流侧电流畸变大,针对这一不足提出了改进的开关状态表。仿真结果验证了改进方法的有效性。本文提出一种计算SVPWM算法开关作用时间的简便方法,应用于定频直接功率控制中效果良好。当电网电压不平衡时,会严重影响三相电压型PWM整流器的工作,甚至会使系统崩溃。本文介绍了电压不平衡时整流器控制策略,研究了抑制直流输出电压谐波的方法并建立了仿真模型。研究成果分别发表于《青岛大学学报》(工程技术版)、第一届分布式发电系统中的电力电子技术国际研讨会(中国合肥,2007.8)。论文各章节主要内容如下:第一章对PWM整流器的发展作了综述。第二章叙述了三相电压型PWM整流器原理,利用Matlab/Simulink仿真软件建立仿真模型;介绍了电压矢量定向控制策略,分别讨论了间接电流控制和直接电流控制。第三章介绍了直接功率控制策略,包括不定频直接功率控制和定频直接功率控制两种控制方法。改进了不定频直接功率控制的开关表和定频直接功率控制中的SVPWM算法,并通过仿真实验加以验证。第四章介绍了电网电压不平衡时三相电压型PWM整流器的控制策略。第五章总结全文工作,并提出下一步继续研究的问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 PWM整流器的发展
• 1.3 PWM整流器的分类及拓扑结构
• 1.3.1 PWM整流器的分类
• 1.3.2 PWM整流器的拓扑结构
• 1.4 研究内容与章节安排
• 第二章 三相电压源PWM整流器基础
• 2.1 原理与数学描述
• 2.1.1 原理与框图
• 2.1.2 数学描述
• 2.2 典型PWM整流器控制
• 2.2.1 电流内环
• 2.2.2 电压外环
• 2.3 电流控制策略
• 2.3.1 间接电流控制
• 2.3.2 直接电流控制
• 2.4 SPWM电压生成及系统仿真
• 2.4.1 三角波发生模块
• 2.4.2 间接电流控制仿真
• 2.4.3 直接电流控制仿真
• 2.5 小结
• 第三章 平衡电网下三相VSR直接功率控制
• 3.1 引言
• 3.2 有电网电压传感器的直接功率控制（不定频）
• 3.2.1 系统原理与框图
• 3.2.2 开关表制定
• 3.3 基于虚拟磁链无电网电压传感器的直接功率控制（不定频）
• 3.3.1 系统原理与框图
• 3.3.2 传统开关表与新型开关表仿真实验
• 3.4 基于虚拟磁链无电网电压传感器的直接功率控制（定频）
• 3.4.1 系统原理与框图
• 3.4.2 SVPWM电压生成
• 3.4.3 仿真实验
• 3.5 小结
• 第四章 不平衡电网下三相VSR直接功率控制
• 4.1 引言
• 4.2 基于虚拟磁链无电网电压传感器的直接功率控制（定频）
• 4.2.1 三相不平衡电网电压下的整流器模型
• 4.2.2 虚拟磁链估计
• 4.2.3 控制原理与框图
• 4.2.4 系统仿真实验
• 4.3 小结
• 第五章 结论
• 5.1 研究工作总结
• 5.2 拟进一步研究的问题
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果
• 致谢