基于SVPWM的三电平VIENNA整流器复合控制研究
发布时间：2021-11-04 03:18
由于电力电子整流设备具有强非线性的特点,会对电力系统造成严重的谐波和无功污染。为此研究具有高功率因数和低电流谐波的PWM整流器成为了一个热点课题。作为一种三电平拓扑,三电平VIENNA整流器与其他传统PWM整流器相比,具有开关应力小、开关器件少、高功率因数、低电流谐波等优点,因此,对三电平VIENNA整流器控制技术进行研究具有重大意义。本文首先对三电平VIENNA整流器的工作原理进行了详细的分析,介绍了各开关状态下系统的运行方式和电流流通路径。在此基础上,建立了三电平VIENNA整流器在abc自然坐标系下的数学模型,并通过clark变换和park变换将abc自然坐标系下的数学模型转换到dq两相旋转坐标系下,为后文研究打下理论基础。然后以dq坐标系下的数学模型为基础,设计了三电平VIENNA整流器电压外环和电流内环的控制策略。针对传统电流内环单PI控制策略对网侧电流谐波抑制能力弱的问题,本文采用了PI控制与重复控制相结合的复合控制策略,并在电流内环中加入谐波分量前馈控制,以提高系统的动态响应速度,同时,在电流内环中引入模糊控制技术,根据系统电流误差大小实时调整PI控制的比例系数和积分系数...
【文章来源】：湖北工业大学湖北省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
二极管箝位型三电平变换器电路拓扑电路功率部分有三组对称桥臂，相较于传统的两电平电路，每组桥臂上增加
湖北工业大学硕士学位论文3个开关器件的承受电压都为输出侧直流电压的一半，对耐压的要求也就降低一半，因此可以选用更低耐压等级的开关器件，便于电子装置应用的高压场所。与此同时，此拓扑结构也有以下显著缺点：(1)需要6个箝位二极管和12个功率开关管，全控功率器件多，增加设备成本和控制复杂度。(2)有中点电压不平衡的问题，影响了直流输出侧电压的质量，严重时甚至会影响整流器正常运行。(3)同一组桥臂上的四个开关管只有最下面的开关管共点接地，因此需要最少10路隔离的电源对信号和驱动电压进行隔离保护，这样会使驱动电路尤为复杂，又增加整个装置的经济成本。1.2.2飞跨电容型三电平变换器在提出二极管箝位型三电平变换器电路拓扑后的11年，法国的两位学者MeynardT.A.和FochH.在1992年PESC上首次提出飞跨电容型三电平变换器拓扑，两者的拓扑结构相似度很高，将二极管箝位型三电平整流器电路拓扑中的两个箝位二极管替换成悬浮电容后，就可以得到飞跨电容型三电平整流器，这使电路拓扑更简洁，其电路拓扑如图1.2所示。近年来国内外众多学者也对此拓扑进行了各种研究，其优点如下：(1)矢量合成的方法灵活多变；(2)能量传递控制特性优秀。但是这种拓扑主要有以下缺点：(1)一个电容的体积大于两个二极管，致使装置的体积更大；(2)进行无功负载时，直流输出侧中点电压偏移问题较为严重(3)加入电容使得装置的无功功率控制更为困难。图1.2飞跨电容型三电平变换器电路拓扑1.2.3T型三电平变换器与前文介绍的两种电路拓扑对比，T型三电平变换器的结构更为简单，整个
bc三相工作原理相同，所以以a相为研究对象。将开关管V1开通，此时a相的输出电压与T型三电平变换器上电容C1的电压相同;将开关管V2开通，此时a相的输出电压与T型三电平变换器下电容C2的电压相同；将开关管Sa开通，此时开关管Sa无电流流过，a相没有输出电压。与其他的三电平电路拓扑相比，它有以下优点：(1)使用的开关元器件少，电路结构简洁，控制更为简单；(2)易控制中点电流大小，能实现能量的双向流动。这种电路拓扑的主要缺点是上下桥臂需要承受整个直流侧电容电压，因此T型三电平变换器电路拓扑无法运用于高电压场所。图1.3T型三电平变换器电路拓扑1.2.4VIENNA型三电平整流器本文前面介绍的第一种和第二种主流三电平拓扑，都有功率器件多、能量可双向流动性的特点，功率器件多会使得装置有成本高体积大的问题，但与此同时很多应用场合不需要能量双向流动，本文介绍的第三种三电平拓扑，因上下桥臂需要承受整个直流侧电容电压，无法运用于高电压场所。针对这些缺点，在飞跨电容型三电平整流器电路拓扑提出的两年后的1994年奥地利维也纳大学学者J.W.Kolar提出了一种，能量只能单向流动的新型三相三电平拓扑结构，即三电平VIENNA整流器拓扑结构，如图1.4(a)所示[19-20]。从拓扑结构图可以看出，三电平VIENNA整流器拓扑共有三相，其中每相上有一个桥臂，每个桥臂上有6个二极管和1个功率开关管，输出侧有2个电容起分压作用。该拓扑一共只有三个开关管但却有18个二极管，使得电路拓扑很复杂，针对此问题，又有学者在此拓扑结构的基础上进行了优化，用2个反向串联的开关管起双向开关的作用，这样就可以用6个开关管替换掉12个二极管和
【参考文献】：
期刊论文
[1]VIENNA整流器PI控制器参数设计方法[J]. 张杰楠,谢运祥,施泽宇. 电气传动. 2018(03)
[2]三相VIENNA整流器矢量控制策略的研究[J]. 陈达,张羽,陈息坤. 电机与控制应用. 2018(02)
[3]针对电网电压扰动的Vienna整流器复合控制方法[J]. 王春阳,姚钢,殷志柱,周荔丹. 电测与仪表. 2017(21)
[4]Vienna整流器简化三电平矢量调制的数字化实现[J]. 王涛,蔡涛,段善旭,陈昌松,付函. 电源学报. 2017(05)
[5]基于三电平SVPWM调制的Vienna整流器中点电压均衡控制[J]. 肖梁乐,陈昌松,王涛,段善旭. 电源学报. 2017(05)
[6]对电力电子学的再认识——历史、现状及发展[J]. 赵争鸣,施博辰,朱义诚. 电工技术学报. 2017(12)
[7]三相桥式PWM整流器高频化控制研究[J]. 张玲玲,肖岚,刘仿. 电力电子技术. 2017(06)
[8]VIENNA整流器中点电位振荡抑制与平衡控制研究[J]. 丁文龙,刘家君,段彬,张承慧. 中国电机工程学报. 2017(24)
[9]VIENNA整流器的设计与优化[J]. 刘源,梅烨,曹丰文,李武华,何湘宁. 电源学报. 2018(02)
[10]基于变环宽的Vienna整流器滞环控制研究[J]. 尹军. 电气自动化. 2016(05)
本文编号：3474891
【文章来源】：湖北工业大学湖北省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
二极管箝位型三电平变换器电路拓扑电路功率部分有三组对称桥臂，相较于传统的两电平电路，每组桥臂上增加
湖北工业大学硕士学位论文3个开关器件的承受电压都为输出侧直流电压的一半，对耐压的要求也就降低一半，因此可以选用更低耐压等级的开关器件，便于电子装置应用的高压场所。与此同时，此拓扑结构也有以下显著缺点：(1)需要6个箝位二极管和12个功率开关管，全控功率器件多，增加设备成本和控制复杂度。(2)有中点电压不平衡的问题，影响了直流输出侧电压的质量，严重时甚至会影响整流器正常运行。(3)同一组桥臂上的四个开关管只有最下面的开关管共点接地，因此需要最少10路隔离的电源对信号和驱动电压进行隔离保护，这样会使驱动电路尤为复杂，又增加整个装置的经济成本。1.2.2飞跨电容型三电平变换器在提出二极管箝位型三电平变换器电路拓扑后的11年，法国的两位学者MeynardT.A.和FochH.在1992年PESC上首次提出飞跨电容型三电平变换器拓扑，两者的拓扑结构相似度很高，将二极管箝位型三电平整流器电路拓扑中的两个箝位二极管替换成悬浮电容后，就可以得到飞跨电容型三电平整流器，这使电路拓扑更简洁，其电路拓扑如图1.2所示。近年来国内外众多学者也对此拓扑进行了各种研究，其优点如下：(1)矢量合成的方法灵活多变；(2)能量传递控制特性优秀。但是这种拓扑主要有以下缺点：(1)一个电容的体积大于两个二极管，致使装置的体积更大；(2)进行无功负载时，直流输出侧中点电压偏移问题较为严重(3)加入电容使得装置的无功功率控制更为困难。图1.2飞跨电容型三电平变换器电路拓扑1.2.3T型三电平变换器与前文介绍的两种电路拓扑对比，T型三电平变换器的结构更为简单，整个
bc三相工作原理相同，所以以a相为研究对象。将开关管V1开通，此时a相的输出电压与T型三电平变换器上电容C1的电压相同;将开关管V2开通，此时a相的输出电压与T型三电平变换器下电容C2的电压相同；将开关管Sa开通，此时开关管Sa无电流流过，a相没有输出电压。与其他的三电平电路拓扑相比，它有以下优点：(1)使用的开关元器件少，电路结构简洁，控制更为简单；(2)易控制中点电流大小，能实现能量的双向流动。这种电路拓扑的主要缺点是上下桥臂需要承受整个直流侧电容电压，因此T型三电平变换器电路拓扑无法运用于高电压场所。图1.3T型三电平变换器电路拓扑1.2.4VIENNA型三电平整流器本文前面介绍的第一种和第二种主流三电平拓扑，都有功率器件多、能量可双向流动性的特点，功率器件多会使得装置有成本高体积大的问题，但与此同时很多应用场合不需要能量双向流动，本文介绍的第三种三电平拓扑，因上下桥臂需要承受整个直流侧电容电压，无法运用于高电压场所。针对这些缺点，在飞跨电容型三电平整流器电路拓扑提出的两年后的1994年奥地利维也纳大学学者J.W.Kolar提出了一种，能量只能单向流动的新型三相三电平拓扑结构，即三电平VIENNA整流器拓扑结构，如图1.4(a)所示[19-20]。从拓扑结构图可以看出，三电平VIENNA整流器拓扑共有三相，其中每相上有一个桥臂，每个桥臂上有6个二极管和1个功率开关管，输出侧有2个电容起分压作用。该拓扑一共只有三个开关管但却有18个二极管，使得电路拓扑很复杂，针对此问题，又有学者在此拓扑结构的基础上进行了优化，用2个反向串联的开关管起双向开关的作用，这样就可以用6个开关管替换掉12个二极管和
【参考文献】：
期刊论文
[1]VIENNA整流器PI控制器参数设计方法[J]. 张杰楠,谢运祥,施泽宇. 电气传动. 2018(03)
[2]三相VIENNA整流器矢量控制策略的研究[J]. 陈达,张羽,陈息坤. 电机与控制应用. 2018(02)
[3]针对电网电压扰动的Vienna整流器复合控制方法[J]. 王春阳,姚钢,殷志柱,周荔丹. 电测与仪表. 2017(21)
[4]Vienna整流器简化三电平矢量调制的数字化实现[J]. 王涛,蔡涛,段善旭,陈昌松,付函. 电源学报. 2017(05)
[5]基于三电平SVPWM调制的Vienna整流器中点电压均衡控制[J]. 肖梁乐,陈昌松,王涛,段善旭. 电源学报. 2017(05)
[6]对电力电子学的再认识——历史、现状及发展[J]. 赵争鸣,施博辰,朱义诚. 电工技术学报. 2017(12)
[7]三相桥式PWM整流器高频化控制研究[J]. 张玲玲,肖岚,刘仿. 电力电子技术. 2017(06)
[8]VIENNA整流器中点电位振荡抑制与平衡控制研究[J]. 丁文龙,刘家君,段彬,张承慧. 中国电机工程学报. 2017(24)
[9]VIENNA整流器的设计与优化[J]. 刘源,梅烨,曹丰文,李武华,何湘宁. 电源学报. 2018(02)
[10]基于变环宽的Vienna整流器滞环控制研究[J]. 尹军. 电气自动化. 2016(05)
本文编号：3474891
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