电网不平衡下三相PWM整流器控制策略研究

发布时间：2017-06-09 11:20

  本文关键词：电网不平衡下三相PWM整流器控制策略研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在电力电子变流装置运行过程中,由于负载变化和外界干扰,不平衡现象是难以避免的。当电网电压不平衡时,三相电压型PWM整流器若没有针对电网不平衡情况下采取的特殊措施,会在其网侧电流中或直流侧的电压中产生谐波,造成对电网的谐波污染,降低直流供电质量[1]。电网不平衡主要存在于以下两个方面:第一,三相VSR参数不对称,导致系统运行不平衡;第二,电网本身存在较为严重的不平衡现象。而在控制系统设计中,第一种情况一般都等效为第二种情况进行处理,即假设三相VSR参数是对称的。目前,针对这一问题的基本解决思路是:当电网不平衡时,通过分离出正、负序电压电流,消除或抑制网侧电流和直流侧电压中的谐波。因此,针对电网不平衡时三相电压型PWM整流器的问题研究,主要集中在正、负序指令的求取和双闭环控制器设计两个方面[2-3]。本文在提出一种正、负序分离算法的同时,采用了改进滑模变结构直接功率控制方案,以获得得到更好的动、静态性能。本文首先对三相PWM整流器的概况及发展、电网不平衡对传统控制方法的危害以及国内外研究现状进行介绍。然后深入的研究了电网不平衡条件下三相PWM整流器的数学模型及工作原理。由于在abc三相静止坐标系下数学模型非线性程度高、耦合性非常强,所以控制器的设计相对困难,为此,需要将静止坐标系转换成两相dq旋转坐标系,然后可通过前馈解耦控制策略对两相坐标系中的分量单独控制,大大的降低了控制系统的设计难度。其次,在电网不平衡条件下三相PWM整流器直接功率控制方案中,正、负序分量的提取尤其重要,提取出的正、负序分量谐波含量的大小将直接影响到系统的控制效果及稳定性,因此本文详细分析了传统正、负序分离方法的优缺点以及正序估计器法对正、负序分量提取的改进,提高了系统的抗干扰能力。而基于滑模变结构的双闭环控制中,对控制效果影响最大的就是系统“抖振”的大小,为此,在深入的分析了传统滑模变结构控制方法的基础上,通过MATLAB/Simulink仿真,与传统滑模变结构控制进行对比分析,验证改进滑模变结构控制对系统的影响,在保证系统快速性的同时,削弱了系统的“抖振”。最后,为了更加全面的验证理论的可行性,设计并制作了PWM整流器的实验样机,并对样机的硬件电路设计及软件控制方法进行了详细的介绍,通过理论与实践相结合,证明了该算法的正确性。
【关键词】：电网不平衡 PWM整流器 正、负序分离 滑模变结构控制 双闭环控制
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM461
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 PWM整流器概述及其发展9
• 1.2 电网不平衡的危害9-10
• 1.3 国内外研究现状10-12
• 1.4 本论文的主要工作12-13
• 第二章 三相PWM整流器建模与分析13-32
• 2.1 三相三线制VSR的拓扑结构13
• 2.2 采用开关函数描述的三相VSR数学模型13-15
• 2.3 三相电压型PWM整流器dq坐标系下模型15-19
• 2.4 电网不平衡下三相VSR控制19-27
• 2.4.1 电网不平衡下三相VSR建模19-22
• 2.4.2 电网不平衡下三相VSR控制策略22-27
• 2.5 SVPWM控制的基本原理27-31
• 2.5.1 SVPWM理论推导27-29
• 2.5.2 SVPWM算法的实现29-31
• 2.6 本章小结31-32
• 第三章 基于改进滑模变结构的三相VSR不平衡控制策略32-51
• 3.1 正、负序分离方法基本原理与仿真分析32-40
• 3.1.1 延时法32-34
• 3.1.2 陷波器法34-36
• 3.1.3 正序估计法36-38
• 3.1.4 有扰动情况下对比分析38-40
• 3.2 滑模变结构控制基本原理40-42
• 3.3 基于滑模变结构控制的电压外环设计42-44
• 3.4 基于滑模变结构控制的电流内环设计44-50
• 3.4.1 基于趋近律的滑模控制基本原理44-45
• 3.4.2 基于传统指数趋近律的电流内环设计45-46
• 3.4.3 基于改进指数趋近律的电流内环设计46-47
• 3.4.4 仿真及结果分析47-50
• 3.5 本章小结50-51
• 第四章 实验平台软硬件设计及结果分析51-70
• 4.1 主电路器件选型51-56
• 4.1.1 IGBT的选择51-52
• 4.1.2 直流侧电容设计52-53
• 4.1.3 交流侧电感设计53-56
• 4.2 控制系统硬件电路设计56-59
• 4.2.1 采样电路模块56-57
• 4.2.2 过零检测模块57
• 4.2.3 相序与断相检测模块57-58
• 4.2.4 软启动模块58
• 4.2.5 IGBT驱动模块58-59
• 4.3 控制系统软件设计59-63
• 4.3.1 主程序设计59-60
• 4.3.2 子程序设计60-61
• 4.3.3 PDPINTA中断程序61
• 4.3.4 A/D采样中断程序61-62
• 4.3.5 SVPWM子程序62
• 4.3.6 控制算法子程序62-63
• 4.4 遇到的问题及解决方法63-67
• 4.5 实验验证及结果分析67-69
• 4.5.1 不可控到可控实验67-68
• 4.5.2 电阻负载稳态实验68-69
• 4.6 本章小结69-70
• 第五章 工作总结与展望70-72
• 5.1 全文工作总结70
• 5.2 后期工作展望70-72
• 参考文献72-75
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参与的课题75-76
• 附录A 整流器各模块实物图76-79

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本文编号：435308