PWM整流器预测电流控制研究

论文摘要

本文以直驱式风力发电变流系统为研究背景,对网侧变流器预测电流控制方法(PCFF)进行了研究。风力发电变流系统网侧变流器采用三相电压型PWM整流器结构,文章从工作原理、数学模型、仿真建模、实验验证等几个方面对控制系统进行了研究。文章首先分析了电压型PWM整流器的工作原理和数学模型,介绍了矢量控制、直接功率控制、滞环电流控制等几种常见控制方法,并对它们的特点进行比较,重点研究了预测电流控制策略,分析其工作原理和控制方法,运用数学方法对控制系统的特性进行研究,分析了其相位静差存在的原因及补偿方法。在原有预测电流控制方法的基础上本文引入PWM整流器虚拟磁链的概念,根据直流电压、交流电流和整流器开关状态估算虚拟磁链,计算电网电压相位,代替了原来的电网电压传感器。文章在MATLAB/SIMULINK环境下,搭建了PWM整流器预测电流控制仿真模型,对预测电流控制的方法进行仿真,对其存在的相位静差进行验证和补偿,在仿真模型基础上做了静态和动态性能的仿真分析,实现了对整流器功率因数的控制。文章还对基于虚拟磁链的无电压传感器预测电流控制方法进行仿真模拟,验证了其可行性。最后搭建了PWM整流器预测电流控制的实验平台,编写了控制系统程序,完成了预测电流控制实验。实验结果表明,PWM整流器预测电流控制具有功率因数可调、算法及系统结构简单、开关频率固定、动态响应快、易于数字化实现等优点。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 PWM整流技术的现状与分析
• 1.2.1 PWM整流技术的发展和应用
• 1.2.2 PWM整流器的技术要求
• 1.3 PWM整流器在风力发电中的应用
• 1.3.1 直驱式风力发电技术
• 1.3.2 双馈式风力发电技术
• 1.4 本文研究的内容
• 2 PWM整流器理论分析
• 2.1 PWM整流器工作原理
• 2.1.1 PWM整流器的结构及工作原理
• 2.1.2 PWM整流器的数学模型
• 2.1.3 空间矢量PWM调制方法
• 2.2 PWM整流器常用控制方法
• 2.2.1 矢量控制
• 2.2.2 直接功率控制
• 2.2.3 滞环电流控制
• 2.2.4 PWM整流器常见控制方法比较
• 3 PWM整流器预测电流控制及其改进
• 3.1 预测电流控制方法
• 3.1.1 PWM整流器预测电流控制系统结构
• 3.1.2 预测电流控制策略
• 3.1.3 预测电流控制系统的特性分析
• 3.2 基于虚拟磁链的无交流电压传感器PWM整流器预测电流控制
• 3.2.1 虚拟磁链估算的引入
• 3.2.2 虚拟电网磁链定向下PWM整流器的数学模型
• 3.2.3 基于虚拟磁链的无电压传感器预测电流控制系统结构
• 4 PWM整流器预测电流控制系统仿真
• 4.1 预测电流控制系统的仿真研究
• 4.1.1 预测电流控制稳态仿真分析
• 4.1.2 预测电流控制功率突变动态过程仿真
• 4.2 基于虚拟磁链的无交流电压传感器预测电流控制仿真
• 5 系统硬件及软件设计
• 5.1 基于DSP2812的硬件控制电路
• 5.2 系统软件设计
• 5.2.1 控制程序模块
• 5.2.2 预测电流控制算法实现
• 6 实验结果与分析
• 6.1 稳态实验波形及分析
• 6.1.1 预测电流控制稳态波形
• 6.1.2 预测电流控制稳态相位静差验证
• 6.1.3 开关频率与谐波分析
• 6.2 功率变化实验
• 6.2.1 有功功率动态实验
• 6.2.2 无功补偿的实现
• 7 结论
• 参考文献
• 附录A
• 作者简历
• 学位论文数据集