容错型三相并网变流器建模、控制与矢量调制研究

发布时间：2017-06-25 12:16

  本文关键词：容错型三相并网变流器建模、控制与矢量调制研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电力变换器作为高效电能变换单元,普遍应用于并网型可再生能源发电、柔性交流输电、大功率交流电机调速、电动汽车、能量存储系统等领域。电力变换器故障后将引起设备部分子系统故障甚至整套设备功能失效,影响设备生产效率造成安全事故。为实现生产设备的高效运行,需要确保电力变换器稳定不间断运行。为此,电力电子容错运行与控制逐渐成为研究热点。为应对变流器单一桥臂器件故障,本文将三相四开关拓扑结构引入并网变流器故障后的容错运行。研究分别从“正常运行并网变流器建模与控制”和“故障后容错运行并网变流器调制、建模与控制”两个方面展开,以期实现变流器良好不间断的并网运行性能。针对正常运行模式下的并网变流器,研究从三相六开关并网变流器的矢量调制、系统建模和控制器设计入手,建立了详细且适于控制器设计的小信号模型。该模型能够准确描述正常运行下变流器动静态特性,基于该模型设计的调节器可以提供并网变流器理想的动静态特性。此外,本文还进一步提出了一种无需扇区划分和三角函数运算的矢量调制算法。对故障后容错运行的并网变流器,本文的研究集中于矢量调制算法和改善并网电流品质。文章首先对变流器故障后容错运行的基本工作原理进行了详细分析,揭示了直流侧串联电容中性点电压波动的固有原因。其次,进一步分析指出并网电流出现三相不平衡以及低次谐波电流现象的本质原因,并提出一种无需扇区划分和三角运算的矢量调制算法。另外,为评估不同调制方式对电流品质的影响,对两种不同零矢量组合方式下的并网电流品质进行性能评估,以便选择并网电流品质较好的调制算法。最后,详尽的仿真和实验结果验证了本文所研究内容的正确性和实用性。
【关键词】：三相六开关变流器 三相四开关变流器 开关器件故障 故障后容错运行 小信号建模 电压矢量调制 并网电流品质
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46
【目录】：

• 致谢6-7
• 摘要7-8
• ABSTRACT8-13
• 1 绪论13-23
• 1.1 课题研究背景及意义13-16
• 1.2 容错型并网变流器综述16-18
• 1.2.1 故障诊断技术16-17
• 1.2.2 容错拓扑结构17-18
• 1.3 正常运行模式下并网变流器的研究现状18-20
• 1.4 容错运行模式下并网变流器的研究现状20-21
• 1.5 本文主要研究内容21-23
• 2 正常运行并网变流器建模分析、控制策略与矢量调制研究23-56
• 2.1 三相电压型PWM并网变流器的系统建模23-32
• 2.1.1 基于三相静止坐标系的数学模型24-28
• 2.1.2 基于α-β坐标系的数学模型28-30
• 2.1.3 基于d-q坐标系的数学模型30-32
• 2.2 并网变流器正常运行的控制策略研究32-43
• 2.2.1 并网变流器大信号SISO模型及其等效电路34-36
• 2.2.2 并网变流器小信号模型及PI调节器设计36-40
• 2.2.3 三相锁相环技术的研究40-43
• 2.3 基于三相静止坐标系的SVPWM不分区简化算法43-52
• 2.3.1 SVPWM矢量平面及合成原理43-45
• 2.3.2 基于三相静止坐标系的SVPWM有效占空比计算45-47
• 2.3.3 不同零矢量分布方式及其PWM开关函数波形47-49
• 2.3.4 脉冲对称分布下SVPWM等效占空比统一表达式49-50
• 2.3.5 SVPWM不分区简化算法的实现50-51
• 2.3.6 SVPWM与SPWM调制方式的本质联系51-52
• 2.4 仿真结果分析52-56
• 3 容错运行并网变流器系统建模与矢量调制研究56-91
• 3.1 三相并网变流器容错运行的系统建模与分析56-62
• 3.1.1 容错型三相并网变流器拓扑结构及其工作原理56-59
• 3.1.2 基于三相静止坐标系的数学模型59-61
• 3.1.3 基于d-q坐标系的数学模型61-62
• 3.2 传统SVPWM调制算法的原理及其缺陷62-68
• 3.2.1 中性点电压平衡的矢量平面及合成原理62-64
• 3.2.2 传统SVPWM调制算法的实现64-66
• 3.2.3 传统SVPWM调制方式的本质66-67
• 3.2.4 传统SVPWM调制算法对变流器容错运行性能的影响67-68
• 3.3 新型不分区SVPWM调制算法的研究68-78
• 3.3.1 中性点电压不平衡下的矢量平面及扇区判定69-72
• 3.3.2 新型SVM1调制方式的不分区简化算法72-75
• 3.3.3 新型SVM2调制方式的不分区简化算法75-77
• 3.3.4 新型SVPWM调制算法对变流器容错运行性能的影响77-78
• 3.4 新型SVM1、SVM2调制方式的电流品质性能分析78-87
• 3.4.1 电流纹波有效值的基本概念79-81
• 3.4.2 新型SVM1调制方式的三相电流纹波有效值81-83
• 3.4.3 新型SVM2调制方式的三相电流纹波有效值83-85
• 3.4.4 两种调制方式的比较分析85-87
• 3.5 仿真结果分析87-91
• 4 基于新型SVPWM调制算法的容错型并网变流器控制策略研究91-103
• 4.1 故障后并网变流器容错运行的控制策略研究91-96
• 4.1.1 电流内环的PI调节器设计92-93
• 4.1.2 电压外环的PI调节器设计93-94
• 4.1.3 电容中性点电压的直流偏置控制94-96
• 4.2 容错型并网变流器故障后动态切换策略的研究96-98
• 4.3 仿真结果分析98-103
• 5 容错型三相PWM并网变流器实验验证103-117
• 5.1 容错型三相PWM并网变流器设计方案103-105
• 5.1.1 容错型并网变流器系统总体框架103-104
• 5.1.2 容错型并网变流器硬件电路104
• 5.1.3 容错型并网变流器软件设计104-105
• 5.2 容错型三相PWM并网变流器正常运行模式下的实验验证105-111
• 5.2.1 基于三相静止坐标系的SVPWM不分区简化算法验证105-107
• 5.2.2 正常运行并网变流器控制策略的可行性验证107-111
• 5.3 容错型三相PWM并网变流器容错运行模式下的实验验证111-117
• 5.3.1 传统与新型调制算法对并网电流品质的影响111-113
• 5.3.2 零矢量组合方案对并网电流高频纹波的影响113-114
• 5.3.3 容错运行并网变流器控制策略的可行性验证114-117
• 6 结论与展望117-118
• 参考文献118-122
• 攻读硕士期间发表的学术论文122-123
• 作者简历123

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本文编号：482104