三相电压型PWM整流器直接功率控制研究

摘要

随着电力电子技术的不断发展，直接连接于电网的电力电子变换装置显著增加。在调速驱动及其它大功率电能变换装置中，对三相电压源变换器的需求尤为明显。三相电压型脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM）整流器是AC-DC变换的重要装置，可实现直流母线电压可控及单位功率因数运行，近年来，三相电压型PWM整流器的控制策略逐渐成为研究热点。
　　本文首先从传统直接功率控制策略（Direct Power Control，DPC）入手，推导了三相PWM整流器的数学模型，介绍了瞬时功率理论及电压定向直接功率控制（Voltage based DPC，V-DPC）与虚拟磁链定向直接功率控制（Virtual Flux based DPC，VF-DPC）的原理和基本概念，对开关表的生成原理进行了推导，并针对传统开关表的不足提出了改进方案。其次，设计了dq坐标系下基于空间矢量调制（Space Vector Modulation，SVM）的固定频率直接功率控制，利用dq坐标变换消除了电网电压eα和eβ对于参考电压vα和vβ的耦合影响。最后，结合三相电压型PWM整流器的稳动态变化过程，对上述控制策略进行了综合性的仿真比较。
　　在新型控制策略方面，本文从预测控制出发，首先研究了基于成本函数的单矢量预测控制，分析了不同成本函数对控制性能的影响。其次，研究了基于无差拍二矢量预测控制的原理，对不同PWM合成方式进行了比较。最后研究了基于矢量选择型和基于SVM型的三矢量预测控制，前者详细对比了矢量选择中不同合成方式对控制性能的影响，后者相对于传统电压型基于SVM的固定频率直接功率控制而言，省去功率内环PI，既可以简化控制策略，又可以保证较好的控制性能。
　　最后，本文介绍了三相电压型PWM整流器样机设计和实验，包括硬件设计、软件设计以及实验结果分析等方面。以基于SVM的双闭环固定频率直接功率控制为例进行了原理性小功率验证实验。

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1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 三相电压型PWM整流器研究现状

1.3 本文的主要研究工作

2 基于电压及虚拟磁链定向直接功率控制策略的研究

2.1 三相电压型PWM整流器的基本概念

2.2 瞬时功率理论

2.3 传统电压定向直接功率控制策略

2.4 固定开关频率电压定向直接功率控制策略

2.5 虚拟磁链定向直接功率控制策略

2.6 仿真分析与比较

2.7 本章小结

3 预测直接功率控制策略的研究

3.1 预测控制策略的分类

3.2 基于预测理论的直接功率控制策略的研究

3.3 仿真分析与比较

3.4 本章小结

4 样机设计与实验

4.1 硬件设计

4.2 软件设计

4.3 实验结果与分析

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 课题展望

致谢

参考文献