三相电压型PWM整流器在电网不平衡下的控制策略的研究

摘要

传统的整流器广泛采用的二极管整流电路和晶闸管相控整流电路，会给电网注入大量谐波，给电网造成污染。三相电压型PWM整流器具有输出电压恒定、能实现单位功率因数运行的特点，甚至可以实现电能回馈电网。电网不平衡情况下，基于电网平衡下设计的PWM整流器的控制策略将会出现不正常的运行状态，主要表现在交流侧会出现负序分量，导致交流电流不对称，出现非特征谐波，使电流总畸变率增加;另外直流侧也会出现谐波，使电压电流波形发生畸变。因此，对于电网不平衡情况下的PWM整流器的控制策略的研究非常有必要性。
　　本文首先对PWM整流器的原理做了详细的介绍，主要是拓补结构，工作原理，分别在ABC静止坐标系α、β静止坐标系和dq旋转坐标系中建立了开关周期平均模型和等效电路。选择了电压型的三相PWM整流器作为本文主要研究对象，并在坐标系中对其数学模型进行解耦。
　　PWM整流器的电流控制技术是最早出现的控制方法，本文研究了间接和直接电流控制，并在直接电流控制中，引入了空间电压矢量定向控制，给出了实现该控制策略的主要算法，并建立了仿真模型。直接功率控制是近来发展起来的三相PWM整流器控制技术，本文在详细介绍了传统的直接功率控制策略后，针对其存在的问题，引用了电压定向直接功率控制策略和开关表的改进，利用了三状态开关信号的控制策略对传统直接功率控制策略进行了改进，并通过仿真验证了控制策略的有效性。在三相电网不平衡的条件下，分析了两种不平衡控制策略，其一是传统的双电流控制策略，主要是在正序、负序同步旋转坐标系中进行控制;其二是恒频直接功率控制。同时，还研究了两种电网电压正负序分量的提取方法，即二次谐波滤除法和信号延迟法，并对两种方法进行了比较。最后，在以上理论研究的基础上，本文最后对电网电压平衡和不平衡时的控制策略进行了较为详细的仿真研究。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 PWM整流器的发展概况

1．2 PWM整流器的控制技术

1．3 电网电压不平衡时PWM整流器控制策略研究现状

1．4 本文的主要研究工作

第2章 三相PWM整流器的原理及数学模型

2．1 三相PWM整流器的拓扑结构及工作原理

2．2 三相PWM整流器的状态平均模型

2．2．1 三相电压型PWM整流器的开关周期平均模型

2．2．2 dqo旋转坐标系下三相电压型PWM整流器的模型

2．3 小信号交流模型

2．4 本章小结

第3章 电网平衡时PWM整流器控制技术

3．1 三相电压型PWM整流器电流控制

3．1．1 间接电流控制

3．1．2 直接电流控制

3．2 基于空间矢量控制的PWM整流器控制策略

3．3 电压定向直接功率控制

3．3．1 瞬时功率的定义与计算

3．3．2 直接功率控制的理论依据

3．3．3 PWM整流器控制系统结构

3．3．4 开关矢量表构造原理

3．3．5 开关表的改进

3．3．6 三状态开关信号的控制策略

3．4 本章小结

第4章 电网不平衡时的三相PWM整流器的控制策略

4．1 电网不平衡时的三相VSR基本问题

4．2 电网电动势正负序分量的检测

4．2．1 二次谐波滤除法

4．2．2 信号延迟法

4．3 电网不平衡时的三相VSR控制

4．3．1 电流控制指令算法

4．3．2 抑制三相VSR交流负序电流的不平衡控制策略

4．3．3 电网不平衡下的双电流内环控制策略

4．3．4 电网不平衡下的恒频直接功率控制

4．4 本章小结

第5章 三相电压型PWM整流器的仿真研究

5．1 电网电压平衡时的仿真研究

5．1．1 间接电流控制的仿真参数选择和模型搭建

5．1．2 基于dq解耦的直接电流控制仿真参数选择和模型搭建

5．1．3 基于空间矢量控制的仿真参数选择和模型搭建

5．1．4 电压定向直接功率控制仿真参数的选择和模型搭建

5．2 电网电压不平衡时的仿真研究

5．2．1 使用陷波发计算电网正、负序电量系统仿真

5．2．2 使用延迟法计算电网正负序电量系统仿真

5．2．3 双电流内环控制策略

5．2．4 恒频直接功率控制策略

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 本文工作总结

6．2 今后工作展望

参考文献

致谢