三相相位和幅值可控电压调节器的研究

论文摘要

随着世界经济的不断快速发展，各行各业对电力的需求呈爆炸式增长，这种现象直接导致了电力供应形势更加紧张。为缓解这一情况，一方面世界各地加大了对各种发电站的投资建设；另一方面通过相关技术改造和技术革新，增加现有输电线路的电能输送容量。本文所研究的三相相位和幅值可控电压调节器（VRCPA），它由前级三个单相Buck交流变换器和后级一个三相Boost型交流变换器组成。前级部分用于实现对输出电压的相位调节，而输出电压的幅值调节则通过后级电路实现，使得相位和幅值关系得到解耦，从而得到一个相位和幅值可分别独立地连续调节的输出电压。同时利用三相对称关系，可使前级部分的三次谐波电压相互抵消，因此相比于单相VRCPA，三相VRCPA无需三次谐波陷阱电路，电路结构更加简洁。三相VRCPA的出现为提高现有输电线路的传输容量提供了一种新的思路，具有广泛的应用前景。本文首先介绍了几种常见的三相非隔离型脉宽调制AC/AC变换电路。选择三相Boost型AC/AC交流变换电路作为三相VRCPA的后级升压电路，并详细分析了其电路拓扑、工作原理与控制策略，还进行了仿真研究与实验验证。然后在单相VRCPA的基础上推导出三相VRCPA，详细分析了三相VRCPA的电路结构、工作原理与控制参数的选取方法，并给出了仿真研究结果。此外还详细介绍了如何利用DSP实现三相VRCPA前级Buck交流变换器的控制信号以及其它电路的设计与实现过程。最后研制出了一台实验原理样机，实验波形与数据验证了理论分析的正确性和控制策略的可行性。

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摘要

Abstract

图表清单

符号说明

第一章绪论

1.1 课题的研究背景

1.2 交流电网电能传输控制的原理及发展趋势

1.2.1 交流电网电能传输控制的原理

1.2.2 交流电网电能传输控制的发展趋势

1.3 本文的主要意义与研究内容

1.3.1 本文的主要意义

1.3.2 本文的主要研究内容

第二章三相 Boost 型 AC/AC 交流变换器

2.1 常见的几种三相非隔离型脉宽调制 AC/AC 交流变换电路

2.2 三相 Boost 型 AC/AC 交流变换器的电路结构及工作原理

2.2.1 三相 Boost 型 AC/AC 交流变换器的电路结构

2.2.2 三相 Boost 型 AC/AC 交流变换器的工作原理

2.3 三相 Boost 型 AC/AC 交流变换器的控制策略

2.4 三相 Boost 型 AC/AC 交流变换器的仿真研究

2.5 本章小结

第三章三相 VRCPA 的原理分析与仿真研究

3.1 单相 VRCPA

3.1.1 单相 VRCPA 的电路结构及其工作原理

3.2 三次谐波陷阱

3.2.1 三次谐波陷阱的电路结构及其工作原理

3.3 三相 VRCPA

3.3.1 三相 VRCPA 组的电路结构及其工作原理

3.3.2 三相 VRCPA 的电路结构及其工作原理

3.3.3 三相 VRCPA 的控制参数及其选取原则

3.4 三相 VRCPA 的仿真研究

3.5 本章小结

第四章三相 VRCPA 的原理样机设计

4.1 三相 VRCPA 前级 Buck 交流变换器的占空比信号电路设计

4.1.1 控制电路的种类

4.1.2 TMS320F2812 简介

4.1.3 三相 VRCPA 前级 Buck 交流变换器的占空比信号设计

4.2 三相 VRCPA 前级 Buck 交流变换器的主电路设计

4.2.1 功率开关管的选择设计

4.2.2 滤波电感和电容设计

4.3 三相 VRCPA 前级 Buck 交流变换器的控制电路设计

4.3.1 三相 VRCPA 前级 Buck 交流变换器的极性判断电路设计

4.3.2 三相 VRCPA 前级 Buck 交流变换器的开关时序逻辑调制电路设计

4.4 三相 VRCPA 后级三相 Boost 型变换器的设计

4.4.1 三相 VRCPA 后级三相 Boost 型变换器控制电路的设计

4.5 本章小结

第五章实验结果

5.1 三相 VRCPA 前级 Buck 交流变换器的实验波形与数据

5.1.1 三相 VRCPA 前级 Buck 交流变换器的占空比实验波形

5.1.2 三相 VRCPA 前级 Buck 交流变换器的实验结果

5.2 三相 VRCPA 后级三相 Boost 型变换器的实验波形

5.3 三相 VRCPA 的实验波形

5.4 本章小结

第六章总结与展望

6.1 工作总结

6.2 展望

参考文献

附录系统 DSP 程序及说明

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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