单相PWM整流器矢量控制的研究

摘要

随着绿色能源的发展,电力用户对电能质量的要求不断提高。作为电网与用户的接口,整流器的性能对电能质量的作用至关重要。传统二极管不控整流器会引起网侧电流的畸变,从而带来电磁干扰与谐波污染；PWM整流器可以实现网侧电流近似正弦波,单位功率因数,能量双向传递,很好地解决了前者的问题。主要研究内容包括：
　　 ⑴介绍了单相PWM整流器的运行原理与性能指标,列出了单相PWM整流器的KVL数学模型。讨论了开关器件在不同的调制方式下,单相PWM整流器的开关函数模型。
　　 ⑵分析了单相PWM整流器的双闭环控制策略及控制器的参数选择。介绍了单相PWM整流器在静止坐标系下的电流控制策略。为达到与直流系统近似的电流无静差控制效果,通过引入虚拟电流向量,将网侧电流由静止坐标系映射到旋转坐标系,从而得到了网侧电流的直流等效形式,在D-Q轴电流解耦的情况下,采用PI调节器控制网侧电流,并比较了静止、旋转坐标系下电流控制的优、缺点。介绍了电压外环、电流内环控制器参数的设计方法。
　　 ⑶分析了单相PWM整流器的空间矢量调制(SVPWM)策略。介绍了单相PWM整流器的SPWM技术。通过三相PWM整流器空间电压矢量的分析,得出SVPWM空间矢量的合成方法,并结合单相系统的特点,分析单相PWM整流器的电压矢量,推导出单相PWM整流器SVPWM控制的矢量合成方式。
　　 ⑷设计了单相PWM整流器控制系统的硬件、软件。基于控制系统硬件总体结构,以TMS320F28335系列DSP芯片为控制核心,PS-21867系列IPM为功率驱动核心,分别设计了控制系统的控制单元、功率单元等电路。基于控制系统软件整体结构图,结合TMS320F28335系列DSP芯片的特点,分别设计了主程序、电网电压相位信号采集子程序、T1中断服务子程序、保护中断子程序等,并给出了程序流程图。
　　 ⑸利用Matlab/Simulink仿真平台,分别对静止与旋转坐标系下的电流控制策略进行了仿真；在后者的基础上,对直流电压外环分别加入低通滤波器与陷波滤波器,并进行了对比分析。利用TMS320F2812系列DSP实验箱,完成了单相SVPWM算法的实验。通过上述仿真与实验,验证了单相旋转坐标变换的网侧电流控制与SVPWM策略的有效性与可行性,为研发PWM整流器提供了实用价值。