三相电流型PWM整流器的控制与应用

发布时间：2017-09-29 01:34

  本文关键词：三相电流型PWM整流器的控制与应用

  更多相关文章： 三相电流型PWM整流器 SVPWM调制技术 电流控制 离散化状态反馈控制 光伏并网系统 超导储能系统

【摘要】：伴随着一系列绿色能源的兴起,PWM整流技术占据了电力电子研究领域不可或缺的地位。作为连接电网和用电设备之间的重要变流装置,PWM整流器尽量达到降低谐波污染、可调功率因数的目标。按照拓扑结构来看,大致有电压型(VSR)和电流型PWM整流器(CSR)两种。目前VSR的研究已经较为成熟,而CSR在交流侧增加了LC滤波环节,并且采用大电感进行储能,这使得CSR控制对象的耦合性和非线性更强,并且增加了系统阶次,提高了CSR对象的控制难度。因此,一些成熟的VSR的控制策略不能简单地引入到CSR的控制上来。由于CSR具有输入功率因数可调、谐波电流抑制、短路保护和降压等优点,它很适合应用于某些工业现场(如感应加热、大功率金属工业和电化学产业等),因此,CSR控制策略和应用领域的研究是十分必要和有价值的。本文以三相CSR为研究对象,对其进行了数学建模、调制技术、控制策略和应用领域等几大方面的分析研究,具体完成的工作如下：首先,对比三相VSR与三相CSR拓扑结构的异同,分析了三相CSR的工作原理。分别建立了三相静止、两相静止和两相旋转3种坐标系下的数学模型,目的是为后续章节的研究提供理论基础。接着,介绍了电流型PWM整流器的调制技术。以正弦脉宽调制(SPWM)为例,阐述了PWM信号的发生过程。又进一步研究了基于空间矢量调制(SVPWM)方法,并且在Matlab仿真平台进行了CSR双环解耦SVPWM的仿真,还与SPWM调制方式进行了仿真对比分析。然后,分别进行了三相CSR的间接电流控制、直接电流控制、瞬时功率控制和离散化状态解耦控制共4种控制策略研究。具体阐述了每种控制策略的工作原理,给出其Matlab/Simulink的仿真模型,并将它们的仿真结果进行对比分析,从而可以直观准确地比较每种控制方法的特点,以期实现最优控制目标,提高了系统的运行效率及可靠性。最后,选取了光伏并网系统和超导储能系统两个三相CSR的应用场合。针对前者,具体阐述了最大功率点跟踪(MPPT)技术原理,MPPT采用扰动观测的实现方法,其控制部分采用直接电流控制策略,探究了在不同属性的负载和并网条件下三相电流型PWM逆变器(CSI)的工作性能。针对后者,建立了超导储能系统所用的电流型变流器(CSC)的数学模型,采用离散化状态反馈控制策略,着眼于控制系统的动态性能仿真,并对结果作出分析。本文创新点在于：改进了传统的状态反馈控制,对其进行了离散化处理,实现了对CSC进行独立地有功、无功功率四象限调节控制,并且全面地综合比较了在相同外部条件下三相CSR不同控制策略的仿真效果。
【关键词】：三相电流型PWM整流器 SVPWM调制技术 电流控制 离散化状态反馈控制 光伏并网系统 超导储能系统
【学位授予单位】：上海电力学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM461
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-15
• 1.1 课题研究背景11
• 1.1.1 课题来源11
• 1.1.2 整流器的作用与发展11
• 1.1.3 PWM整流器的研究意义11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 三相CSR控制系统的结构与类别11-12
• 1.2.2 三相CSR控制方法发展与分析12-13
• 1.2.3 PWM整流器的调制算法分析13
• 1.2.4 PWM整流器的应用领域及发展趋势13-14
• 1.3 本文的主要研究内容与创新点14-15
• 1.3.1 研究内容14
• 1.3.2 创新点14-15
• 2 三相电流型PWM整流器的工作原理15-19
• 2.1 拓扑结构的分析15
• 2.2 数学建模的建立15-18
• 2.2.1 三相静止abc坐标系下的数学模型16
• 2.2.2 两相静止αβ坐标系下的数学模型16-17
• 2.2.3 两相旋转dq坐标系下的数学模型17-18
• 2.3 本章小结18-19
• 3 三相电流型PWM整流器的信号调制技术19-34
• 3.1 三值开关逻辑函数19-20
• 3.2 三相CSR的脉冲调制信号切换20-21
• 3.3 三相CSR调制信号解耦预处理21-24
• 3.4 空间电流矢量调制技术24-27
• 3.4.1 SVPWM调制的基本原理24-25
• 3.4.2 SVPWM调制的主要步骤25-27
• 3.5 SVPWM调制的Matlab仿真模型27-32
• 3.6 仿真结果与分析32-33
• 3.7 本章小结33-34
• 4 三相电流型PWM整流器的控制策略研究34-53
• 4.1 间接电流控制策略34-37
• 4.1.1 基本控制原理34-36
• 4.1.2 仿真模型的搭建36-37
• 4.2 直接电流控制策略37-40
• 4.2.1 基本控制原理37-38
• 4.2.2 电流内环控制器的参数设计38
• 4.2.3 电流外环控制器的参数设计38-39
• 4.2.4 仿真模型的搭建39-40
• 4.3 瞬时功率控制策略40-44
• 4.3.1 基本控制原理40-41
• 4.3.2 谐振控制器设计41-43
• 4.3.3 仿真模型的搭建43-44
• 4.4 离散化状态反馈解耦控制基本原理44-48
• 4.4.1 延时补偿环节的设计45-46
• 4.4.2 误差补偿环节的设计46-47
• 4.4.3 仿真模型的搭建47-48
• 4.5 仿真分析48-52
• 4.6 本章小结52-53
• 5 电流型PWM变流器在光伏并网系统中的应用53-74
• 5.1 光伏并网系统概述53-54
• 5.2 光伏电池的基本原理54-62
• 5.2.1 光伏电池的建模54-56
• 5.2.2 光伏电池模型仿真分析56-58
• 5.2.3 最大功率点跟踪(MPPT)技术58-59
• 5.2.4 MPPT技术的仿真分析59-62
• 5.3 电流型逆变器的基本原理62-70
• 5.3.1 逆变器的数学建模62-64
• 5.3.2 逆变器的直接电流控制策略64-66
• 5.3.3 系统控制的参数设计66-68
• 5.3.4 仿真模型的搭建68-70
• 5.4 仿真分析70-73
• 5.5 本章小结73-74
• 6 电流型PWM整流器在超导磁储能系统中的应用74-87
• 6.1 超导磁储能系统概述74-75
• 6.2 SMES用变流器的基本工作原理75-78
• 6.3 SMES电流型变流器的状态反馈控制策略78-82
• 6.4 仿真分析82-85
• 6.5 本章小结85-87
• 7 总结与展望87-89
• 7.1 总结87
• 7.2 展望87-89
• 参考文献89-91
• 致谢91-92
• 攻读学位期间取得的研究成果92

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本文编号：939266