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三电平PWM整流器控制方法研究

放大字体  缩小字体发布日期:2012-05-23  浏览次数:654
核心提示:  【摘要】: 由于三电平中点箝位PWM整流器能够实现高压大容量的电能变换,并且具有输入电流正弦性良好、直流输出电压和网侧功
   【摘要】: 由于三电平中点箝位PWM整流器能够实现高压大容量的电能变换,并且具有输入电流正弦性良好、直流输出电压和网侧功率因数可调节、动态响应快、以及能量可以双向流动等优点,因而获得了广泛的研究和应用。本文以三电平中点箝位PWM整流器为研究对象,分析了其主电路拓扑结构,详细推导了三电平PWM整流器的数学模型,在此基础上对三电平PWM整流器的控制策略进行了深入的研究。本文的主要研究内容如下: 三电平中点箝位PWM整流器的数学模型是控制器设计的基础。本文通过建立三电平整流器的数学模型,阐明了三电平整流器电压电流双闭环控制原理,实现了电流的解耦控制,并进行了电流调节器和电压调节器的参数设计。 高性能的控制系统决定了三电平PWM整流器的性能。为了提高整流器的动态性能,本文采用三电平PWM整流器直接功率控制策略。在分析了三电平PWM整流器中有功和无功功率与具体之间的关系基础上,并针对直接功率控制开关频率不固定的缺点,提出了一种基于正弦脉宽调制的固定开关频率的三电平PWM整流器直接功率控制策略。 电网输入电压三相不平衡会严重影响三电平PWM整流器的性能。本文在分析电网电压不平衡对PWM整流器输入电流和输出电压的影响的基础上,建立了电网电压不平衡时系统的数学模型,采用了一种利用实际电流计算正负序电流指令值和采用双电流调节器的PWM整流器不平衡控制方法。对该方法在各种不平衡电网输入电压情况下的仿真研究表明,三电平PWM整流器输出电压中的偶次谐波和输入电流中的奇次谐波被有效地减小到了接近平衡电压输入时的水平,同时电网输入平均无功功率被控制为零,实现了网侧单位功率因数控制。 为了验证上述理论的正确性,本文设计了一套实验装置。其中控制电路以DSP和CPLD为核心,通过编制相应的控制软件,实现了三电平PWM整流器的数字化控制。

  【关键词】:PWM整流器 三电平 中点箝位 双闭环控制 直接功率控制

  【学位授予单位】:北方工业大学

  【学位级别】:硕士

  【学位授予年份】:2010

  【分类号】:TM461

  【目录】: 摘要4-5

  Abstract5-8

  1 绪论8-16

  1.1 研究背景8-10

  1.2 PWM整流器国内外研究现状及意义10-14

  1.2.1 PWM整流器主电路拓扑结构10-11

  1.2.2 电压型PWM整流器的电流控制11-13

  1.2.3 PWM整流器系统控制策略研究13

  1.2.4 三电平PWM整流器的研究13-14

  1.3 本文主要研究内容14-16

  2 三电平PWM整流器主电路拓扑结构16-25

  2.1 三电平PWM整流器主电路拓扑分析16-17

  2.2 三电平PWM整流器数学模型17-24

  2.2.1 等幅值坐标变换18-21

  2.2.2 不同坐标系下的数学模型21-24

  2.3 小结24-25

  3 三电平PWM整流器电压电流双闭环控制25-35

  3.1 电压电流双闭环控制原理25-28

  3.2 电流环PI调节器参数设计28

  3.3 电压环PI调节器参数设计28-30

  3.4 三电平PWM整流器调制策略30

  3.5 仿真研究30-34

  3.6 小结34-35

  4 三电平PWM整流器直接功率控制35-46

  4.1 固定开关频率的三电平PWM整流器控制原理35-39

  4.2 功率环控制器设计39-40

  4.3 仿真结果40-45

  4.4 小结45-46

  5 电网电压不平衡时三电平PWM整流器控制策略46-55

  5.1 电网电压不平衡对三电平PWM整流器系统性能的影响46

  5.2 基于瞬时有功和无功功率的正负序电流控制方法46-51

  5.2.1 PWM整流器瞬时有功和无功功率分析46-48

  5.2.2 正负序电流指令值计算48-50

  5.2.3 基于正负同步旋转坐标系的正负序电流控制50-51

  5.3 系统仿真研究51-54

  5.4 小结54-55

  6 三电平PWM整流器实验平台设计55-62

  6.1 主电路的结构55-56

  6.2 控制系统硬件结构56-59

  6.3 控制系统软件设计59-60

  6.4 实验结果60-62

  7 结论与展望62-64

  参考文献64-68

  在学研究成果68-69

  致谢69

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