论文摘要
随着现代电力电子技术的飞速发展和广泛应用,由普通二极管整流器所造成的电网谐波污染问题日益严重。为了提高电网的功率因数,多电平整流技术越来越受到人们得关注。三电平电压型PWM整流器可以消除对电网的谐波污染,运行于单位功率因数状态,能够实现整流器交流侧和直流侧能量的双向流动,同时整流器直流侧的直流电压在一定范围内稳定可调。本文以三电平电压型PWM整流器为研究对象,首先分析了三电平PWM整流器的原理和拓扑结构,并在此基础上推导其在各种不同坐标系下的数学模型,为控制策略的研究提供了理论依据。通过对传统的三电平SVPWM算法的详细分析,设计了一种新型的基于60度坐标系的SVPWM控制算法,并对两种SVPWM控制算法进行了仿真对比试验。对控制系统的设计,采用了两种不同的控制策略,分别为直接电流控制和直接功率控制。在直接电流控制策略中,本文选择的是最常用的控制方法：基于前馈解耦的双闭环控制策略。该系统包括电压外环和电流内环,外环控制PWM整流器的直流侧电压稳定,内环按照电压外环输出的电流指令进行电流控制,既可以实现单位功率因数正弦波电流控制,又可以实现能量回馈。针对直接电流控制策略,完成了MATLAB的仿真实验,并且进行了样机实验,证明了控制策略的正确性和可行性。直接功率控制系统是以有功功率和无功功率为控制对象,与直接电流控制策略相比,具有结构简单、动态响应快、抗干扰性好等优点。本文详细分析了瞬时功率理论,对三电平电压型PWM整流器建立了功率数学模型,设计了滞环功率比较器,以瞬时功率变化最大为原则建立了开关表。针对直接功率控制策略,在MATLAB/Simulink环境下搭建三电平直接功率整流器的系统模型,完成控制器的设计并进行仿真实验,验证了直接功率控制策略的正确性和有效性,为实际控制系统的设计提供了理论依据。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 引言1.2 PWM整流器的发展概述1.3 三电平PWM整流器的国内外研究概况1.3.1 关于三电平PWM整流器的建模研究1.3.2 关于三电平PWM整流器的拓扑结构分析1.3.3 关于三电平PWM整流器的控制策略研究1.4 本论文完成的研究工作第2章 三电平VSR的原理和数学模型2.1 三电平电压型PWM整流器的工作原理概述2.2 三电平电压型PWM整流器的拓补结构2.3 三电平电压型PWM整流器的数学建模2.4 本章小结第3章 三电平VSR的SVPWM算法设计3.1 三电平整流器的PWM分析3.1.1 基本矢量的分类3.1.2 关于电流流向和中点电位的分析3.2 SVPWM传统算法研究与设计3.2.1 αβ坐标系下的参考电压矢量3.2.2 矢量位置的扇区判断3.2.3 合成矢量的选取和矢量作用时间的计算3.2.4 矢量的作用顺序与时间状态的分配3.3 基于60度坐标系的SVPWM算法研究与设计3.3.1 大扇区的确定方法3.3.2 小扇区的确定方法3.3.3 合成矢量的选取3.3.4 作用时间的计算3.4 仿真对比与结果分析3.5 本章小结第4章 直接电流控制三电平VSR系统的设计与实现4.1 直接电流控制的三电平控制系统的设计4.1.1 三电平电压型PWM整流器的dq模型4.1.2 电流内环控制系统设计4.1.3 电压外环控制系统设计4.1.4 双闭环控制系统的结构4.2 控制系统的MATLAB仿真研究与设计4.2.1 控制系统模型的建立4.2.2 主要仿真模块搭建4.2.3 仿真结果分析4.3 硬件实验平台的搭建4.3.1 系统控制电路的结构4.3.2 DSP及其外围电路的设计4.3.3 检测电路的设计4.4 初步试验结果及分析4.5 本章小结第5章 三电平VSR直接功率控制策略的设计与仿真5.1 瞬时功率理论5.1.1 复功率形式的瞬时功率定义5.1.2 矢量形式的瞬时功率定义5.2 三电平电压型整流器的功率数学模型的建立5.2.1 有功功率p的数学模型5.2.2 无功功率q的数学模型5.2.3 基于直接功率控制的三电平电压型PWM整流器数学建模5.3 基于直接功率控制的三电平电压型PWM整流器控制原理5.3.1 输入功率的计算5.3.2 输入电压的扇区划分5.3.3 滞环功率比较器的设计5.3.4 空间电压的扇区划分及矢量选取法则5.3.5 开关矢量表的建立5.4 直接功率控制控制系统的仿真5.4.1 仿真系统的搭建5.4.2 仿真结果分析5.5 本章小结第6章 结论与展望参考文献致谢
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