电网电压不平衡时复合型PWM整流器控制策略的研究

论文摘要

当三相电网电压不平衡时,以电网平衡为约束条件设计的PWM整流器会出现不正常的运行状态:整流器的交流电流中将含有负序分量,导致交流电流严重不对称;直流电压和交流电流中分别出现偶数次和奇数次非特征谐波,导致直流电压和交流电流波形发生畸变;整流器从电网吸收不平衡的瞬时功率等。因此,电网电压不平衡条件下整流器的控制策略成为现在研究的热点。目前,国内外对于电网电压不平衡条件下PWM整流器控制策略的研究多采用传统的PWM整流器,即只有一个整流单元的PWM整流器,这种结构虽然能够实现能量的双向流动和可调节的功率因数,但是其输出电压等级低,不能应用于高压大功率的场合,为此,需要对PWM整流器的拓扑结构进行适当的改进,使其得到更为广泛的应用。本文提出了一种新型PWM整流器的拓扑结构,该整流器由不控和可控两个整流单元组成。与传统的PWM整流器相比,该复合型整流器由于采用类似多重化的结构,输出电压等级较高,功率较大;与传统的多重化整流器相比,该复合型整流器综合了不控多重化整流器和可控多重化整流器的优点,既减少了全控型开关器件的数量,又提高了整流器的控制性能,实现了低谐波、高功率因数。为使该复合型整流器得到更广泛的应用,本文重点研究了三相电网电压不平衡条件下复合型整流器的控制。首先在abc和dq坐标系下分别对整流器进行数学建模,通过分析不平衡电网的特点,证明dq坐标系下的数学模型更适合用来研究不平衡系统;然后提出了一种改进型的谐波检测方法,利用该方法可以有效地对电压基波正序分量进行提取,进而准确检测电流中的谐波成分;在此基础上,分别以网侧电流对称及功率平衡为目的对整流器的控制策略进行了研究;最后,应用本文研究的检测方法和控制策略,在Matlab/Simulink环境下对系统进行仿真,当电网电压不平衡度为24%时,将交流电流中的谐波畸变率由9.59%降至3.52%。随着不平衡度的增加,电流谐波畸变率也会相应升高,但是当负载在一定范围变化时,整流器均能够输出平稳的直流电压,验证了理论研究的正确性及复合型整流器的可应用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.1.1 三相电网不平衡概述
• 1.1.2 三相电网不平衡的危害
• 1.1.3 本课题的研究意义
• 1.2 电网不平衡时PWM整流器控制系统的研究现状
• 1.2.1 PWM整流器的研究现状
• 1.2.2 PWM整流器控制策略的研究现状
• 1.2.3 电网不平衡条件下PWM整流器控制策略的研究现状
• 1.3 电网不平衡PWM整流器控制系统的发展趋势
• 1.4 本论文研究的主要内容
• 第2章 复合型整流器的拓扑结构及数学建模
• 2.1 复合型PWM整流器的结构及工作原理
• 2.1.1 复合型PWM整流器的拓扑结构
• 2.1.2 复合型PWM整流器的工作原理
• 2.2 电网电压不平衡时整流器的数学建模
• 2.2.1 复合型整流器可控单元数学模型
• 2.2.2 复合型整流器不可控单元的数学模型
• 2.2.3 复合型整流器数学模型
• 2.3 复合型多重化整流器主电路参数设计
• 2.3.1 基于瞬时功率恒定的交流侧电感设计
• 2.3.2 基于稳态电压恒定的直流侧电容设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 不平衡时复合型整流器控制系统的研究方法
• 3.1 电网不平衡时谐波检测方法的研究
• 3.1.1 三相电路瞬时无功理论相关概念
• 3.1.2 p、q运算方式
• p、 i_q运算方式'>3.1.3 i_p、 i_q运算方式
• 3.2 电网电压的正负序分析
• 3.2.1 对称分量法
• 3.2.2 不平衡度的计算
• 3.3 本章小结
• 第4章 复合型整流器控制策略的研究
• 4.1 网侧电流对称控制策略
• 4.1.1 基于abc坐标系的网侧电流对称控制策略
• 4.1.2 基于dq坐标系的网侧电流对称控制策略
• 4.2 功率平衡控制策略
• 4.2.1 基于网侧功率平衡的交流电流指令控制算法
• 4.2.2 基于交流侧功率平衡的电流指令控制算法
• 4.3 本章小结
• 第5章 复合型整流器的设计与性能分析
• 5.1 复合型整流器的仿真分析
• 5.1.1 电网电压不平衡对系统的影响
• 5.1.2 电压基波正序分量的提取
• 5.1.3 采用不平衡控制策略时的仿真结果
• 5.1.4 不平衡度及负载变化对系统的影响
• 5.2 复合型整流器的软件实现
• 5.2.1 DSP资源分配
• 5.2.2 主程序设计
• 5.3 复合型整流器的硬件实现
• 5.3.1 器件的选取
• 5.3.2 硬件电路的设计
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢