模型预测控制在VIENNA整流器中的设计与应用研究
发布时间：2021-06-09 08:36
电力能源行业在整个工业体系中的支柱作用不言而喻。随着能源科技的迅速发展,电力电子装置在大量的应用的同时,难免也给电力系统带来愈来愈严重的谐波污染问题。治理电网谐波污染的关键在于提高电力电子装置的功率因数、抑制电流总谐波畸变率。VIENNA整流器作为一种开关元件少、功率因数高、电流谐波少、开关元件电压应力低的三电平整流拓扑结构,在相关研究中具有较高的应用价值和推广意义。本文首先介绍了VIENNA整流器的电路结构及其工作原理,并对VIENNA整流器数学模型做了较为深入的研究。在基于SVPWM调制的控制策略和直流电流控制策略的控制理论的基础上,研究分析了模型预测控制策略的基本工作原理,结合VIENNA整流器在abc坐标系下的数学模型,提出了VIENNA整流器基于状态方程的预测模型,并且提供了基于该预测模型的控制算法。作者还根据VIENNA整流器中的基于SVPWM调制的控制策略、直流电流控制策略、模型预测控制的控制理论和调制方案,在MATLAB仿真系统中搭建了对应的仿真电路。对模型预测控制策略的有效性和可行性进行了验证,并且通过与其他（两种）控制策略仿真结果的比较,总结出模型预测控制的特点。本...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
简化分析的三相电压区间Fig.2-4Three-phasevoltageregionforsimplifiedanalysis
（b）离散预测模型阶跃响应图 3-5 两种预测模型阶跃响应Fig. 3-5 Step response of two predictive models从图 3-5 可知，离散预测控制模型的阶跃响应与连续预测控制模型的阶跃响应相同，都在半个工频周期的时间内趋于稳定。由此仿真结果可以验证，本章节中的预测控制模型离散化过程合理有效，可以将此离散预测控制模型作为VIENNA 整流器的预测控制模型。在确定预测模型之后，就要根据实际需求确定预测控制的性能方程。本文中预测控制的目的是保证电流预测值能够实现对电流给定值的跟踪，即控制目标为系统输出量，则根据式（3-19）得到性能方程 ￠ ( ) ( ) =‖ ( ) ( )‖ ( ) (3-28式中 ( )——电流给定值向量此时，由于 C 为单位矩阵，而控制策略的主要目标为电流控制，并非能量控制，所以可以将式（3-25）简化为 ￠ ( ) ( ) =‖ ( ) ( )‖ (3-29将状态加权矩阵 取为单位矩阵，并且取预测步数 P 与控制步数 M 相同，即P=M=Np，则式（3-26）可转化为
图 4-4 SVPWM 控制策略下的 MATLAB 仿真模型Fig. 4-4 MATLAB simulation model of SVPWM control strategy如图 4-4 所示，SVPWM 控制策略下的 MATLAB 仿真模型主电路部分由三相输入电源、三相输入电感、三相功率元件、输出滤波电容、负载电阻组成。控制电路则主要由 CLARK 变换模块、PARK 变换模块、电流调节模块、电压矢量区间判断模块、控制脉冲生成模块组成。CLARK 变换模块如图 4-5 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]电力电子技术的发展及应用探究[J]. 张娜. 电子技术与软件工程. 2015(03)
[2]我国电力电子技术应用系统发展现状探究[J]. 柳建峰. 数字技术与应用. 2013(05)
[3]采用耦合电感的交错并联电流临界连续Boost PFC变换器输入差模EMI分析[J]. 杨飞,阮新波,季清,叶志红. 电工技术学报. 2013(03)
[4]有源功率因数校正控制技术现状与发展[J]. 万辉,张捍东,黄丹. 电工电气. 2013(03)
[5]基于伏秒平衡原理的Buck-Boost变换器分析[J]. 王学梅,易根云,丘东元,张波. 电气电子教学学报. 2012(02)
[6]基于直接电流控制的PWM整流器的研究[J]. 陈英杰,田联房,王孝洪,梁东明,贾宇辉. 电气传动. 2011(12)
[7]电流断续模式Boost功率因数校正变换器的变占空比控制[J]. 姚凯,阮新波,冒小晶,叶志红. 电工技术学报. 2011(11)
[8]电感电流连续模式下Boost变换器的分数阶建模与仿真分析[J]. 王发强,马西奎. 物理学报. 2011(07)
[9]基于SVPWM的VIENNA整流器研究[J]. 王正,谭国俊,曾维俊,柳萌. 电气传动. 2011(04)
[10]大功率三相APFC技术研究现状及发展趋势[J]. 刘小刚,彭卫东,张鹏飞. 电子技术. 2010(09)
博士论文
[1]三相电压源PWM整流器控制技术研究[D]. 徐金榜.华中科技大学 2004
硕士论文
[1]大功率单相数字APFC的研究与实现[D]. 王晗.上海交通大学 2009
[2]三电平PWM整流器研究[D]. 金红元.华中科技大学 2006
本文编号：3220254
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
简化分析的三相电压区间Fig.2-4Three-phasevoltageregionforsimplifiedanalysis
（b）离散预测模型阶跃响应图 3-5 两种预测模型阶跃响应Fig. 3-5 Step response of two predictive models从图 3-5 可知，离散预测控制模型的阶跃响应与连续预测控制模型的阶跃响应相同，都在半个工频周期的时间内趋于稳定。由此仿真结果可以验证，本章节中的预测控制模型离散化过程合理有效，可以将此离散预测控制模型作为VIENNA 整流器的预测控制模型。在确定预测模型之后，就要根据实际需求确定预测控制的性能方程。本文中预测控制的目的是保证电流预测值能够实现对电流给定值的跟踪，即控制目标为系统输出量，则根据式（3-19）得到性能方程 ￠ ( ) ( ) =‖ ( ) ( )‖ ( ) (3-28式中 ( )——电流给定值向量此时，由于 C 为单位矩阵，而控制策略的主要目标为电流控制，并非能量控制，所以可以将式（3-25）简化为 ￠ ( ) ( ) =‖ ( ) ( )‖ (3-29将状态加权矩阵 取为单位矩阵，并且取预测步数 P 与控制步数 M 相同，即P=M=Np，则式（3-26）可转化为
图 4-4 SVPWM 控制策略下的 MATLAB 仿真模型Fig. 4-4 MATLAB simulation model of SVPWM control strategy如图 4-4 所示，SVPWM 控制策略下的 MATLAB 仿真模型主电路部分由三相输入电源、三相输入电感、三相功率元件、输出滤波电容、负载电阻组成。控制电路则主要由 CLARK 变换模块、PARK 变换模块、电流调节模块、电压矢量区间判断模块、控制脉冲生成模块组成。CLARK 变换模块如图 4-5 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]电力电子技术的发展及应用探究[J]. 张娜. 电子技术与软件工程. 2015(03)
[2]我国电力电子技术应用系统发展现状探究[J]. 柳建峰. 数字技术与应用. 2013(05)
[3]采用耦合电感的交错并联电流临界连续Boost PFC变换器输入差模EMI分析[J]. 杨飞,阮新波,季清,叶志红. 电工技术学报. 2013(03)
[4]有源功率因数校正控制技术现状与发展[J]. 万辉,张捍东,黄丹. 电工电气. 2013(03)
[5]基于伏秒平衡原理的Buck-Boost变换器分析[J]. 王学梅,易根云,丘东元,张波. 电气电子教学学报. 2012(02)
[6]基于直接电流控制的PWM整流器的研究[J]. 陈英杰,田联房,王孝洪,梁东明,贾宇辉. 电气传动. 2011(12)
[7]电流断续模式Boost功率因数校正变换器的变占空比控制[J]. 姚凯,阮新波,冒小晶,叶志红. 电工技术学报. 2011(11)
[8]电感电流连续模式下Boost变换器的分数阶建模与仿真分析[J]. 王发强,马西奎. 物理学报. 2011(07)
[9]基于SVPWM的VIENNA整流器研究[J]. 王正,谭国俊,曾维俊,柳萌. 电气传动. 2011(04)
[10]大功率三相APFC技术研究现状及发展趋势[J]. 刘小刚,彭卫东,张鹏飞. 电子技术. 2010(09)
博士论文
[1]三相电压源PWM整流器控制技术研究[D]. 徐金榜.华中科技大学 2004
硕士论文
[1]大功率单相数字APFC的研究与实现[D]. 王晗.上海交通大学 2009
[2]三电平PWM整流器研究[D]. 金红元.华中科技大学 2006
本文编号：3220254
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/3220254.html
教材专著
