三相电压型PWM整流器控制技术的研究

摘要

三相电压型PWM整流器（Voltage Source Rectifier，简称VSR）以其控制算法简单、可控的功率因数等优点，在电力变换等领域的应用越来越广泛。三相 VSR通常运用基于PI控制器的电压、电流双闭环直接电流控制策略，该控制策略在三相VSR启动时会引起过大的冲击电流，负载突变时母线电压还会出现较大波动；此外，采用传统直接功率控制（Direct Power Control,简称DPC）策略的三相VSR系统（简称三相VSR-DPC系统），存在无功功率失控区和直流侧输出电压波动大等问题。上述情况会在电力电子开关器件两端引起较高的电压冲击，造成开关器件的工作不正常甚至损毁，并引发电磁干扰等诸多问题。针对这些问题，本文对三相VSR展开了研究，具体工作内容如下：
　　本文首先对三相 VSR的拓扑结构和基本原理进行分析，并建立数学模型，深入分析个变量之间的关系，找出其控制规律，为此后研究奠下坚定基础。
　　一方面，本文针对传统双闭环控制的三相 VSR在启动瞬间产生过冲电流、受负载扰动影响大的问题，提出了一种新型的双闭环控制策略，通过采用电压平方外环和直流侧电容电流反馈的控制策略有效抑制了三相 VSR启动时电流冲击。此外，根据在负载产生扰动瞬间的功率关系，提出了一种新的负载电流前馈控制策略，从而改善了三相VSR的抗负载扰动能力和系统运行的可靠性。仿真结果表明提出的这种新型控制策略的理论分析是正确的。
　　另一方面，针对传统的三相VSR-DPC系统存在无功功率失控区和直流侧输出电压波动大等缺点，本文设计了一种快速、慢速两个开关表控制的 DPC系统。搭建了新的三相VSR-DPC系统仿真模型，仿真结果表明这种改进的DPC控制策略消除了无功功率的失控区，改善了系统的动态特性。
　　最后，采用ARM处理器STM32F103ZET6作为微控制器，搭建了硬件试验环境，并进行了硬、软件联合调试，实验结果表明本文所提的新型控制策略和软硬件系统的设计是正确的和有效的。

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第1章 绪论

1.1课题的背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3本文的主要研究内容

第2章 三相VSR双闭环控制策略研究

2.1三相VSR原理及模型分析

2.2电压电流双闭环控制设计

2.3 基于双闭环控制的三相VSR仿真分析

2.4 本章小结

第3章 三相VSR系统DPC控制策略研究

3.1瞬时功率理论

3.2三相VSR系统传统DPC控制策略

3.3新型开关表设计

3.4新型直接功率控制策略

3.5基于DPC控制策略的三相VSR仿真分析

3.6本章小结

第4章 系统的硬件及软件设计

4.1 系统的硬件设计

4.2系统的软件部分

4.3 本章小结

第5章 系统实验结果与分析

5.1三相VSR双闭环控制实验结果

5.2三相VSR-DPC控制实验结果

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢