电网电压不平衡条件下三相PWM整流器控制技术研究

发布时间：2017-09-03 17:26

  本文关键词：电网电压不平衡条件下三相PWM整流器控制技术研究

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【摘要】：基于三相电网电压平衡时所设计的PWM整流器控制策略在电网电压不平衡时将出现不正常运行状态,主要表现为其网侧电流中将存在负序电流分量而导致网侧电流不对称。此外,直流侧电压中也将存在二倍频的波动,使得直流侧电压波形畸变。因此,对于电网不平衡时三相电压型PWM整流器控制策略的研究将显得尤为重要,为此本文从以下几个方面展开研究:一、分析了三相电压型PWM整流器的主电路拓扑结构及其工作原理,同时对三相电网电压不平衡进行了必要解释,包括其概念、危害以及研究方法。重点推导了电网电压不平衡状态下三相电压型PWM整流器在三相静止坐标系及两相同步旋转坐标系数学模型,通过对比分析,决定在两相同步旋转坐标系中进行控制策略的研究。二、在理论研究的基础上,针对电网不平衡时三相电压型PWM整流器出现的问题,提出了网侧电流对称控制策略及抑制直流侧电压谐波控制策略。同时,利用加权的思想,创新性地提出了一种PWM整流器交直流侧协调控制策略。三、通过对陷波法、T/4延迟法及二阶广义积分法的对比研究分析,决定采用算法简单,结构易于实现、具有低频抑制特性及动态响应好的二阶广义积分法来进行正、负序电量分量的提取。四、进一步介绍了电压PI控制器及电流PI控制器的参数设计,并分析了整个控制系统的稳定性。通过在PSIM9.0中搭建电网电压不平衡状态下三相电压型PWM整流器的仿真模型验证了本文所提控制策略的正确性。五、研制了额定功率为20kW的三相电压型PWM整流器,并给出PWM整流器实验装置的硬件系统及控制系统设计方案,以及相应软件控制程序流程图。最后,由于实验条件所限,在电网电压平衡下采用不平衡控制策略进行了实验验证,实验结果表明本文所提控制策略能够取得高功率因数,低谐波畸变率的控制效果。本文针对电网电压不平衡状态下三相电压型PWM整流器的控制技术进行了深入研究,提出了相应的控制策略,并通过仿真及实验验证了所提控制策略的正确性,为传统PWM整流器控制技术的改进提供借鉴和参考。
【关键词】：电网电压不平衡 PWM整流器 不平衡控制策略 二阶广义积分器
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM461
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题的研究背景及意义10-11
• 1.2 PWM整流器的研究现状11-15
• 1.2.1 电网平衡状态下PWM整流器控制策略研究现状11-13
• 1.2.2 电网不平衡状态下PWM整流器控制策略研究现状13-15
• 1.3 本文研究的主要内容15-16
• 第2章 电网不平衡时PWM整流器工作原理及数学建模16-37
• 2.1 PWM整流器主电路结构及工作原理16-26
• 2.1.1 三相整流电路的拓扑结构17-23
• 2.1.2 PWM整流器工作原理23-26
• 2.2 三相电网不平衡概述26-30
• 2.2.1 三相电网不平衡概念26-27
• 2.2.2 不平衡度的定义27-28
• 2.2.3 三相不平衡的危害28-29
• 2.2.4 不平衡系统的研究方法29-30
• 2.3 电网不平衡状态下三相PWM整流器的数学模型30-36
• 2.3.1 三相静止坐标系下PWM整流器的数学模型30-32
• 2.3.2 两相同步旋转坐标系下PWM整流器的数学模型32-36
• 2.4 本章小结36-37
• 第3章 PWM整流器不平衡控制策略研究37-60
• 3.1 电网不平衡时PWM整流器控制策略37-44
• 3.1.1 网侧电流对称控制策略37-40
• 3.1.2 抑制直流侧电压谐波控制策略40-42
• 3.1.3 PWM整流器交直流侧协调控制策略42-44
• 3.2 正、负序电量分量提取方法44-50
• 3.2.1 陷波法44-46
• 3.2.2 T/4 延迟法46-48
• 3.2.3 二阶广义积分法48-50
• 3.3 PWM整流器控制器设计及稳定性分析50-53
• 3.3.1 电流内环控制器设计及稳定性分析50-52
• 3.3.2 电压外环控制器设计及双闭环系统稳定性分析52-53
• 3.4 仿真研究53-59
• 3.5 本章小结59-60
• 第4章 PWM整流器系统的设计与实现60-76
• 4.1 PWM整流器主电路硬件设计60-66
• 4.1.1 直流侧电压参数设计60-61
• 4.1.2 直流侧电容设计61-62
• 4.1.3 网侧滤波电抗器设计62-63
• 4.1.4 功率器件IGBT的选型63-65
• 4.1.5 驱动板的选型65-66
• 4.2 控制系统设计66-70
• 4.2.1 A/D采样电路66-67
• 4.2.2 过零检测及捕获电路67-68
• 4.2.3 DSP主处理器单元68
• 4.2.4 PWM触发单元68-69
• 4.2.5 数据通信单元69
• 4.2.6 电压保护单元69-70
• 4.3 系统软件设计70-73
• 4.3.1 主程序70
• 4.3.2 过零中断程序70-71
• 4.3.3 PWM下溢中断程序71-73
• 4.3.4 故障保护程序73
• 4.4 系统实验结果与分析73-75
• 4.5 本章小结75-76
• 总结与展望76-78
• 参考文献78-82
• 致谢82-83
• 附录A 攻读学位期间获得的研究成果83

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本文编号：786348