基于电流重构技术的PWM整流系统研究

论文摘要

PWM整流器因其具有对电网污染小、能量自由双向流动、母线电压可控等优点而得到学术界的广泛关注。随着该项技术的深入研究,提高整流器的控制性能并降低系统成本成为该领域研究的重点。本文针对PWM整流器传统控制方法中使用传感器较多的问题,提出一种基于网侧电流重构的电压定向矢量控制方案,进而省略了网侧电流传感器。从其运行原理,参数选取原则,实现方法等几方面进行了深入研究。本文在分析三相电压型PWM整流器拓扑结构和运行原理的基础上,建立了主电路开关函数模型;深入分析了采用SVPWM方法的电压定向矢量控制策略以及网侧电流与直流母线电流的关系,进而提出了SVPWM调制方式下通过检测母线电流实现网侧电流重构的方法;并针对实际系统中存在重构失败区域的问题提出了基于修改SVPWM波形的解决方案。PWM整流器主电路的电感和电容、控制回路各调节器的结构和参数直接影响网侧电流和母线电压的控制性能。本文由系统性能指标入手,详细推导了母线电压、输入滤波电感及直流侧滤波电容之间的关系表达式,给出了各个重要参数的选取原则。基于闭环传递函数推导了电压、电流调节器的参数选取公式,并对各个闭环PI调节器进行了抗积分饱和优化设计。为系统设计提供了理论依据。最后,建立了基于电流重构技术的电压定向矢量控制系统Matlab/Simulink仿真模型,对电流重构算法及其系统进行了仿真研究;搭建了基于TMS320F2812的全数字化系统实验平台,对系统进行了实验研究。仿真和实验结果表明,电流重构算法实现了网侧电流的重构,采用上述算法的控制系统实现了无交流电流传感器的单位功率因数运行,并具有较好的动静态控制性能,进而证明了理论分析和设计方法的正确性和可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 PWM整流器的发展现状
• 1.2.1 VSR控制策略的发展现状
• 1.2.2 VSR无传感器控制的发展现状
• 1.3 论文研究的主要内容
• 第2章 三相VSR的数学模型及工作机理
• 2.1 引言
• 2.2 三相VSR的拓扑结构分析
• 2.3 三相VSR的数学模型
• 2.3.1 三相静止坐标系下三相VSR数学模型
• 2.3.2 两相旋转坐标系下三相VSR数学模型
• 2.4 三相VSR的基本运行机理
• 2.5 本章小结
• 第3章 电压定向矢量控制策略及电流重构技术
• 3.1 引言
• 3.2 系统总体结构
• 3.3 三相VSR的VOC控制策略
• 3.3.1 dq轴电流的解耦控制
• 3.3.2 SVPWM技术原理
• 3.4 基于SVPWM的网侧电流重构
• 3.5 三相VSR矢量控制系统的传递函数描述
• 3.6 本章小结
• 第4章 三相VSR系统设计
• 4.1 引言
• 4.2 直流母线电压的选取原则
• 4.3 输入滤波电感设计
• 4.3.1 满足功率指标的电感设计
• 4.3.2 满足瞬态电流跟踪的电感设计
• 4.4 直流侧滤波电容设计
• 4.4.1 满足电压环跟随性能指标的电容设计
• 4.4.2 满足电压环抗扰性能指标的电容设计
• 4.5 电流调节器参数设计
• 4.6 母线电压调节器参数设计
• 4.7 PI调节器的优化设计
• 4.8 本章小结
• 第5章 三相VSR系统的仿真与实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 三相VSR系统的仿真研究
• 5.2.1 系统仿真模型和参数设置
• 5.2.2 基于电流重构技术的VOC系统仿真
• 5.2.3 优化PI调节器性能仿真
• 5.3 三相VSR实验系统的软硬件设计
• 5.3.1 硬件设计
• 5.3.2 软件设计
• 5.4 三相VSR系统的实验结果及分析
• 5.5 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