电网不平衡条件下PWM整流器及其控制策略的研究与设计

论文摘要

本文对PWM整流器进行了分析并构建其数学模型,依据该模型对三相VSR(电压源型PWM整流器)的控制策略进行了分析和比较。在实际电网中,不平衡是比较普遍的现象,在这样的情况下仅使用传统的控制策略,会给交流侧电流和直流侧电压带来谐波,因此需要对控制策略进行改进。本文在三相静止坐标系下构建数学模型,并总结了电网电压不平衡条件下三相VSR抑制交流侧负序电流和抑制直流侧二次谐波两种控制策略,当电网不平衡时,电量的正、负序分量计算是三相VSR控制系统中重要的环节。本论文通过对现行的计算方法—陷波法进行研究和分析之后,提出了一种新的正、负序计算方法—延迟法。该方法的可行性和实用性通过仿真和实验得到验证。并通过MATLAB中SIMULINK构建模型并对这两种控制策略进行仿真实验。在PWM整流器主电路参数设计中,一般按电网平衡条件进行设计。在电网不平衡条件下,对电感进行设计时又不考虑平衡电网对三相VSR性能的影响,所以本文提出了一种交流侧电感设计原则。在采用不平衡控制策略的前提下,在设计电感时既要充分考虑不平衡电网对三相VSR的影响,同时也要考虑平衡电网的影响。通过仿真和实验验证了该方法的可行性。通过理论分析和实验验证,搭建了以TMS320LF2407为控制芯片的三相VSR实验平台,包括系统的硬件解决方案和软件方案,实验结果表明,本文提出的正、负序检测方法和电感设计方法都是可行的。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 PWM 整流器概况及发展
• 1.2 电网不平衡概况和影响
• 1.2.1 电网不平衡概述
• 1.2.2 电网不平衡的危害
• 1.3 电网不平衡条件下PWM 整流器研究概况
• 1.3.1 研究现状
• 1.3.2 前人研究领域和成果
• 1.3.3 存在的问题
• 1.4 本文主要完成的研究工作
• 1.5 本章小结
• 2 三相PWM 整流器工作原理及数学模型
• 2.1 电压型PWM 整流器工作原理
• 2.2 三相VSR 数学模型
• 2.2.1 三相VSR 一般数学模型
• 2.2.2 采用开关函数描述的VSR 一般数学模型
• 2.2.3 三相VSR 在两相旋转坐标系（d,q）中的数学模型
• 2.3 本章小结
• 3 电网不平衡时三相VSR 控制策略
• 3.1 电网不平衡时三相VSR 基本问题
• 3.2 电量正、负序分量计算方法
• 3.2.1 陷波法
• 3.2.2 延迟法
• 3.3 电网不平衡时三相VSR 控制策略
• 3.3.1 电流控制指令算法
• 3.3.2 抑制三相VSR 交流侧负序电流的不平衡控制策略
• 3.3.3 抑制三相VSR 直流侧电压二次谐波的不平衡控制策略
• 3.4 本章小结
• 4 三相VSR 控制系统和主电路设计
• 4.1 电流内环设计
• 4.1.1 电流内环的简化
• 4.1.2 电流调节器设计
• 4.2 电压外环设计
• 4.3 交流侧电感设计
• 4.3.1 电网平衡条件下电感设计
• 4.3.2 电网不平衡条件下电感的设计
• 4.3.3 电感设计仿真和结果分析
• 4.4 直流电容设计
• 4.5 功率开关管
• 4.6 本章小结
• 5 三相VSR 控制系统硬件电路与软件设计
• 5.1 硬件电路设计
• 5.1.1 同步信号检测电路
• 5.1.2 电流检测电路
• 5.1.3 直流电压信号检测和调理电路
• 5.1.4 交流电压检测电路
• 5.2 DSP 芯片的选择
• 5.3 关于抗干扰问题与流程图
• 5.3.1 硬件抗干扰技术
• 5.3.2 主要程序流程
• 5.4 本章小结
• 6 系统仿真和试验结果分析
• 6.1 三相VSR 开关函数仿真模型
• 6.2 基于抑制网侧负序电流的控制策略仿真
• 6.2.1 使用陷波法计算正、负序系统仿真
• 6.2.2 使用延迟法计算正、负序系统仿真
• 6.3 基于抑制直流侧二次谐波控制策略仿真
• 6.3.1 单电流内环抑制直流侧二次谐波
• 6.3.2 双电流内环抑制直流二次谐波
• 6.4 其他状态下仿真
• 6.4.1 使用平衡控制策略控制效果
• 6.4.2 模拟实际电网状态
• 6.5 试验波形
• 6.6 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 7.3 本章小结
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集