基于SVPWM的三相PWM整流器关键技术的研究

发布时间：2017-06-14 20:01

  本文关键词：基于SVPWM的三相PWM整流器关键技术的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：针对电力电子装置中的功率半导体开关器件,传统的二极管不控整流器和晶闸管相控整流器在运行过程中,会出现网侧电流、直流侧电压均存在大量谐波分量,总的功率因数较低等问题。PWM(Pulse Width Modulation)整流器具有低谐波污染、交流侧输入电流为正弦波、单位功率因数控制、直流侧动态响应快以及四象限运行等优点,使其广泛应用于各类电力电子领域。对于PWM整流器的关键技术,其中主要包括系统控制策略的改善、电网不平衡情况以及相位跟踪问题上还需进行深入的研究。本文重点研究对象是三相电压源型(Voltage Source Rectifier)PWM整流器。本文首先介绍课题研究的背景和意义,给出PWM整流器的研究现状与课题的主要内容;从三相VSR的主电路拓扑结构出发,建立了三相VSR在dq坐标系下的数学模型,并采用空间电压矢量脉冲宽度(SVPWM)调制技术,分析并实现了两种控制策略方案:一种是基于传统PI双闭环控制策略;另一种是基于欧拉-拉格朗日(EL)模型的无源控制算法。根据三相VSR在dq坐标系下的EL数学模型,设计出了性能优异的无源控制器。使得系统输出稳定,并且根据系统的动稳态特性设计了三相VSR的交流侧电感和直流侧电容的参数。其次,针对三相电网不平衡情况下,其正、负序的电网直流侧电流中都存在2次谐波问题,提出了基于正、负序旋转坐标系下的双电流控制策略。另外,在相位跟踪精度的问题上,分析了单同步和双同步坐标系软件锁相环的工作原理,并对双同步坐标系软件锁相环进行了改善,使其能够滤除锁相环输入信号中的2次谐波分量,根据三相电网电压基波的正、负序分量,推导得到实际相角和锁相角这两者之间的数学关系。最后,在理论分析的基础上,基于Matlab/Simulink仿真实验平台,搭建了三相VSR各个功能模块的仿真模型,其中主要对SVPWM调制算法进行了验证,另外,设计了性能良好的三相VSR控制系统仿真模型,并重点给出了直流侧电压、交流侧电流在三相电网电压处于平衡与不平衡情况下的仿真波形,并对仿真波形进行了结果分析。
【关键词】：PWM整流器 无源控制 电网不平衡 软件锁相环
【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1章 绪论9-15
• 1.1 课题研究的背景与意义9-10
• 1.2 PWM整流器的基本概述10-12
• 1.2.1 PWM整流器的发展10-11
• 1.2.2 PWM整流器的控制策略研究11-12
• 1.3 电网不平衡时PWM整流器控制策略研究12-13
• 1.3.1 电网不平衡对PWM整流器的影响12-13
• 1.3.2 电网不平衡时PWM整流器的控制策略研究现状13
• 1.4 课题研究的主要内容13-15
• 第2章 三相电压型PWM整流器的数学建模15-25
• 2.1 PWM整流器的基本原理概述15-17
• 2.2 三相电压型PWM整流器拓扑结构17
• 2.3 三相电压型PWM整流器的工作原理17-19
• 2.4 三相电压型PWM整流器的数学模型的建立19-24
• 2.4.1 采用开关函数描述的一般数学模型19-21
• 2.4.2 采用占空比描述的一般数学模型21-22
• 2.4.3 三相电压型PWM整流器在dq坐标系下模型的建立22-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第3章 三相VSR控制算法的研究25-37
• 3.1 基于传统PI控制算法的研究25-29
• 3.1.1 电流内环的设计26-27
• 3.1.2 电压外环的设计27-29
• 3.2 基于EL模型的无源控制算法的研究29-33
• 3.2.1 电压型PWM整流器的无源性29-30
• 3.2.2 电流内环无源控制器的设计30-31
• 3.2.3 电压外环控制器的设计31-33
• 3.3 系统参数的选取33-36
• 3.3.1 交流侧电感参数的计算与选取33-35
• 3.3.2 直流侧电容参数的计算与选取35-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第4章 电网不平衡时三相VSR的控制策略37-51
• 4.1 电网不平衡时三相VSR正、负序数学模型37-39
• 4.2 电网不平衡时三相VSR的控制策略39-41
• 4.3 锁相环设计41-50
• 4.3.1 单同步坐标系软件锁相环42-45
• 4.3.2 双同步坐标系软件锁相环45-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第5章 仿真建模及其结果分析51-64
• 5.1 各基本单元模块的实现51-58
• 5.1.1 坐标变换的实现51
• 5.1.2 SVPWM调制算法的实现51-57
• 5.1.3 锁相环的实现57
• 5.1.4 基于EL模型的无源控制算法的实现57-58
• 5.1.5 基于正、负序旋转坐标系下双电流控制算法的实现58
• 5.2 仿真结果及波形分析58-63
• 5.2.1 SVPWM仿真输出波形59
• 5.2.2 电网平衡时三相VSR控制系统波形分析59-61
• 5.2.3 电网不平衡时三相VSR控制系统波形分析61-63
• 5.3 本章小结63-64
• 第6章 总结与展望64-66
• 6.1 总结64
• 6.2 展望64-66
• 参考文献66-69
• 致谢69-70
• 个人简历、在校期间发表的学术论文及研究成果70

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