电网不平衡条件下PWM整流器控制技术研究

论文摘要

众所周知,三相电压型PWM整流器具有可实现单位功率因数控制、公用电网谐波抑制以及能量可双向流动等优点,如今已被广泛地应用于新型不间断电源、有源电力滤波及静止无功补偿等领域。在实际工况中,三相电网电压的不平衡将会导致PWM整流器的输出电压产生偶次电压纹波,同时会导致网侧电流产生奇次谐波,从而降低电网的供电质量。因此,对电网不平衡条件下PWM整流器的控制策略进行研究是必要的。本文的主要研究内容如下。采用基尔霍夫定律和基于动力学原理的建模方法,建立了PWM整流器以微分方程形式描述的数学模型,之后采用小信号建模方法建立了以传递函数形式描述的数学模型。对PWM整流器的稳态特性进行了分析,建立了其网侧电流给定方程组,并采用“逆Broyden秩1方法”来对此方程组进行求解;之后,又对其动态特性进行了分析,根据定义证明了PWM整流器具有欠驱动特性,并确定了以电流环为内环、电压环为外环的双闭环控制系统结构。本文系统地提出了不平衡坐标变换的理论和方法,并将其应用于PWM整流器的建模过程中,得到了利于控制系统设计的数学模型。同时,本文给出了不平衡的电流预测SVPWM方法,简化了调制算法。最后,本文采用输入-输出线性化的非线性控制策略对PWM整流器的控制系统进行了设计,并采用Matlab/SimpowerSystems工具箱搭建了其仿真模型,仿真实验结果表明,本文所设计的非线性控制策略具有功率因数高、抗扰性和鲁棒性能好等优点。同时,本文基于PWM整流器实物样机,对所设计的非线性控制策略进行了实验验证,实验结果表明,所设计的非线性控制策略能够实现对PWM整流器的有效控制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 电力电子系统建模方法研究现状
• 1.2.2 PWM 调制技术研究现状
• 1.2.3 电网不平衡时PWM 整流器控制方法研究现状
• 1.3 论文的主要研究内容
• 第2章 PWM 整流器建模
• 2.1 基于基尔霍夫定律的建模
• 2.2 电学系统与力学系统的类比关系
• 2.3 基于动力学的拉格朗日方程建模
• 2.4 基于动力学的哈密顿方程建模
• 2.5 小信号建模方法
• 2.6 本章小结
• 第3章 PWM 整流器静动态特性
• 3.1 PWM 整流器的静态特性分析
• 3.1.1 三相不平衡交流量的表示方法
• 3.1.2 PWM 整流器的电网电动势分析
• 3.1.3 PWM 整流器网侧给定电流的描述
• 3.1.4 网侧电流给定方程组的数值求解方法
• 3.1.5 PWM 整流器在正负序坐标系下的描述
• 3.2 PWM 整流器的动态特性分析
• 3.2.1 PWM 整流器的欠驱动特性分析
• 3.2.2 PWM 整流器电压控制下的跟踪动态
• 3.2.3 PWM 整流器电流控制下的跟踪动态
• 3.3 本章小结
• 第4章 不平衡坐标变换与PWM 整流器建模
• 4.1 引言
• 4.2 不平衡坐标变换理论
• 4.2.1 三相不平衡abc 静止坐标系的建立
• 4.2.2 不平衡abc 坐标系和αβ坐标系之间的坐标变换
• 4.2.3 αβ坐标系和dq 坐标系之间的坐标变换
• 4.3 不平衡坐标变换在PWM 整流器建模中的应用
• 4.3.1 网侧电流的不平衡坐标变换
• 4.3.2 PWM 整流器在dq 坐标系下的网侧电流模型
• 4.3.3 开关输入量的不平衡坐标逆变换
• 4.4 电流预测SVPWM 方法
• 4.4.1 电流预测控制方法
• 4.4.2 不平衡坐标变换下的SVPWM 方法
• 4.5 本章小结
• 第5章 PWM 整流器非线性控制系统设计与实现
• 5.1 引言
• 5.2 PWM 整流器非线性控制系统设计
• 5.2.1 电流内环控制器设计
• 5.2.2 电压外环控制器设计
• 5.3 电网电动势正负序分量的求取方法
• 5.3.1 电网电动势的检测方法
• 5.3.2 电网正负序电动势的计算方法
• 5.4 系统仿真实验
• 5.5 系统实物实验
• 5.5.1 电网不平衡实验平台
• 5.5.2 电网不平衡实验的软件设计
• 5.5.3 电网不平衡条件下的实验结果分析
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1 逆Broyden 秩1 方法简介及其源程序
• 附录2 DSP 实物实验程序
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢