基于解耦单元正负序分量分离的三相PWM整流器控制

摘要

三相 PWM整流器是一种应用广泛的功率变换器,经过整流器变换的电能质量是人们关注的性能指标之一。本文以三相电压型 PWM整流器为研究对象,在常规电网电压平衡的工况下,进行了两相旋转坐标系的电网电压定向矢量控制研究,在两相静止坐标系下进行了准直接功率的控制研究。在电压外环应用了非线性的滑模变结构控制算法。针对电网电压不平衡的工况,提出了将基于解耦单元的正负序分量分离法应用于不平衡控制策略中,仿真验证取得了良好的控制效果。搭建了硬件平台,设计了主电路参数和控制器的补偿网络参数,对电网电压定向矢量控制算法进行了软件设计,利用模块化思想编程,并进行了初步 PWM整流实验。
　　首先,对三相电压型 PWM整流器的运行状态进行分析,根据电路理论知识构建了PWM整流器在三种坐标系下的开关函数模型,同时建立了电网电压不平衡时在三相 abc坐标系下的开关函数模型。
　　其次,研究了基于电网电压定向的矢量控制算法,实现了交流侧电流正弦化,电流与电网电压同相位的单位功率因数运行。在两相静止坐标系下,省去了复杂的相位信息检测环节,利用瞬时功率的给定计算参考电流,实现了准直接功率控制。将滑模变结构算法应用到电压外环来提高系统的鲁棒性,增强直流侧电压的抗扰性。
　　然后,针对电网电压不平衡的特别工况,本文采用了正序、负序两套同步旋转坐标系的独立控制策略,在正负序分量检测环节引入了不同于常规陷波器的基于解耦单元的正负序分量提取法,很好的消除了正负序分量之间的相互影响,并通过仿真验证了算法的可行性。
　　最后,搭建了硬件平台,设计了主电路中交流电感,直流电容的参数,并设计了控制器的补偿网络。控制部分采用了TI公司的TMS320F28335作为控制芯片,利用模块化编程对系统进行了软件设计,并给出了总体流程。对以IPM为功率器件的三相电压型 PWM整流器做了初步实验。

目录

摘 要

ABSTRACT

第1章 绪 论

1.1 课题研究意义和目的

1.2 三相PWM整流器的国内外研究现状

1.3主要研究内容及章节安排

第2章 三相PWM整流器工作状态分析及模型

2.1 三相PWM整流器的拓扑介绍

2.1.1 三相电压型PWM整流器的拓扑

2.1.2 三相PWM整流器其他拓扑结构

2.2 三相电压型PWM整流器的工作状态分析

2.2.1 三相PWM整流器的开关状态

2.2.2 三相电压型PWM整流电压和电流的矢量分析

2.2.3 三相电压型PWM整流器的整流工作状态分析

2.3 电网平衡条件下三相PWM整流器的模型

2.3.1 整流器在三相静止坐标系下的建模

2.3.2 整流器在两相静止坐标系下的建模

2.3.3 整流器在两相旋转坐标系下的建模

2.4 电网不平衡条件下的三相PWM整流器的建模

2.4.1 三相坐标系下VSR建模

2.4.2 两相静止坐标系下VSR建模

2.5 本章小结

第3章 三相PWM整流器不平衡控制策略研究

3.1 电网电压平衡控制策略分析

3.1.1 电网电压定向的控制方法

3.1.2 基于两相静止坐标系下准直接功率控制

3.1.3 基于电压外环的滑模变结构控制

3.2 电网电压不平衡控制策略分析

3.2.1 正负序分量的计算方法研究

3.2.2 基于正负序电流内环的不平衡控制

3.2.3 基于虚拟导纳法的指令电流给定

3.3 SVPWM矢量控制算法分析

3.3.1 扇区判断

3.3.2 基本矢量作用时间计算

3.3.3 基本矢量作用时刻的确定

3.4 本章小结

第4章 三相PWM整流器硬件及控制部分设计

4.1 硬件电路设计

4.1.1 直流输出电压的选取

4.1.2 三相VSR交流侧电感的设计

4.1.3 三相VSR直流侧电容的设计

4.1.4 电压电流采样和信号调理电路的设计

4.2 控制电路设计

4.2.1 电流内环参数的设计

4.2.2 电压外环参数的设计

4.3 软件系统的设计

4.3.1 DSP资源分配及控制算法总体流程

4.3.2 模块化程序

4.4 本章小结

第5章 仿真及实验结果和分析

5.1 PWM整流器仿真结果

5.1.1 电网电压定向仿真结果

5.1.2 准直接功率仿真结果

5.1.3 非线性滑模变结构控制仿真结果

5.1.4 电网电压不平衡控制仿真结果

5.2 硬件平台

5.3 部分实验结果

5.3.1 信号调理电路实验

5.3.2 驱动控制实验

5.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致 谢