三相三电平PWM整流器控制策略研究

发布时间：2017-10-30 09:25

  本文关键词：三相三电平PWM整流器控制策略研究

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【摘要】：近年来,随着光能和风能等绿色能源技术的大力发展,基于现代电力电子技术的功率变换装置成为学者们研究的热点。而变换装置中的PWM整流器,由于其具有能够减小或消除无功和谐波对电位电压的影响,并能有效调节直流侧电压等优点,得到了广泛的应用。在高压大容量场合,两电平变换器由于开关器件额定电压或容量等级限制而无法直接应用。对于三电平的变换器,其导通压降为两电平变换器的一半,可以应用于较高电压等级的场合,实现由低电压开关器件得到对高电压等级电压的变换与传输的控制。本文即研究三相三电平PWM整流器,主要研究内容包括：1、简要介绍了三相三电平PWM整流器的拓扑结构、基本开关状态及工作原理,建立了三相电压型PWM整流器的数学模型,然后采用基于dq解耦的双闭环控制策略实现了对PWM整流器的控制,并对控制结构中的电流内环调节器和电压外环调节器进行了分析及参数设计。2、针对传统三相三电平SVPWM计算复杂,占用运算资源大等缺点,本文研究一种基于坐标旋转的调制方法,将传统SVPWM调制方法的坐标系轴向压缩并顺时针旋转450,得到一种新的坐标系,使得基本矢量坐标均落在整数点上,在此坐标系下通过扇区判断与时间计算等过程实现三相三电平SVPWM调制策略,其运算复杂度较在传统坐标系下时大大简化。直流电容电压的不均衡对变换器有严重影响,基于上述SVPWM调制方法,依据其中每一对正负小矢量对中点电位充放电的影响相反这个原理,通过调节正负小矢量的作用时间来保持直流侧两电容电压的平衡,其实现方法简单,能有效使两电容达到均压或保持均衡状态。3、由于电压外环的传统PI作用下系统直流侧电压的动态性能难以达到满意效果,本文将电压外环PI控制器与模糊控制相结合得到模糊PI控制器,其中用仿真对比验证的方法确定了模糊PI控制器中的比例参数与积分参数各自的基准值和对应修正量参数的范围,避免了模糊PI控制器中参数设计的盲目性。最后,验证了模糊PI在动态性能方面较传统PI的优越性。4、搭建了三相三电平变换器的FPGA实验平台,用Verilog HDL语言编写了三相锁相环模块、三相abc到两相dq坐标转换模块、新坐标系下的三相三电平SVPWM调制模块和模糊PI控制模块等。在实验平台上,完成了新坐标系下的SVPWM调制算法实验、直流电容均压实验以及在三相三电平整流器中加入模糊PI的实验,验证了相关理论的正确性。
【关键词】：三相三电平整流器 SVPWM调制 模糊PI控制器 FPGA
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM461
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.2.1 三相三电平PWM整流器研究概况12-14
• 1.2.2 模糊控制理论研究现状14
• 1.3 论文主要工作14-16
• 第2章 三相三电平整流器及其控制策略16-23
• 2.1 三相三电平整流器分析16-19
• 2.1.1 三相三电平整流器拓扑结构及数学模型16-18
• 2.1.2 三相PWM整流器控制策略18-19
• 2.2 三相三电平整流器控制系统设计19-22
• 2.2.1 电流内环控制系统设计19-20
• 2.2.2 电压外环控制系统设计20-22
• 2.3 本章小结22-23
• 第3章 一种简化三相三电平SVPWM调制算法23-38
• 3.1 传统三相三电平SVPWM调制算法的基本原理23-25
• 3.2 简化三相三电平SVPWM算法的研究25-31
• 3.2.1 电压矢量在α'β'坐标平面上的分布25-26
• 3.2.2 参考电压矢量的合成26-31
• 3.3 三相三电平变换器直流侧电容电压平衡控制策略的研究31-35
• 3.3.1 中点电位不平衡的原因及其危害31-32
• 3.3.2 中点电位平衡的控制方法32-35
• 3.4 三电平简化SVPWM及其均压算法仿真验证35-37
• 3.4.1 简化SVPWM调制算法仿真验证35-36
• 3.4.2 均压算法的仿真验证36-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第4章 PWM整流器中模糊PI控制器的研究38-54
• 4.1 模糊控制器的设计方法38-42
• 4.1.1 模糊控制器结构的设计38-39
• 4.1.2 输入量的模糊化39-40
• 4.1.3 模糊规则的设计40
• 4.1.4 模糊推理机40-41
• 4.1.5 解模糊化41-42
• 4.2 模糊PI在PWM整流器电压外环中的应用42-46
• 4.2.1 模糊PI控制器结构设计42-43
• 4.2.2 变量语言值的选取43-44
• 4.2.3 模糊控制器中模糊规则的建立44-46
• 4.3 模糊PI与普通PI仿真对比验证46-52
• 4.3.1 仿真模型的搭建46-47
• 4.3.2 模糊PI控制器控制性能分析47-49
• 4.3.3 模糊PI适用性验证49-52
• 4.4 本章小结52-54
• 第5章 基于三相三电平变换器的实验验证54-61
• 5.1 三相三电平变换器系统实验平台54-55
• 5.2 实验结果分析55-60
• 5.2.1 三相三电平SVPWM调制算法实验55-57
• 5.2.2 三相三电平PWM整流器中模糊PI实验57-60
• 5.3 本章小结60-61
• 结论与展望61-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-67
• 攻读学位期间发表的论文67-68
• 附录68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 唐雄民;龚理专;彭永进;;一种快速的多电平空间矢量调制算法研究[J];高电压技术;2006年02期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 王翠;级联多电平逆变器SVPWM技术的算法研究与实现[D];湖南大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 李新瑞;NPC三电平逆变器及其中点电位平衡的研究[D];中国石油大学;2009年

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本文编号：1117078