电网不平衡条件下三相PWM整流器控制及并联研究

摘要

三相PWM整流器具有直流电压可控，网侧电流正弦化和单位功率运行等优良的特性，是电力电子领域研究的热点之一。整流器并联运行可以增加系统的冗余度，提高功率输出，非常适用于大功率场合。但整流器并联系统会产生环流，而且实际上电网也经常会出现不平衡状态，这些问题会造成网侧电流不平衡，降低负载效率，本文针对整流器在电网不平衡条件下和并联运行的情况下存在的交流侧电流不稳定问题和并联环流问题展开研究。
　　通过阅览国内外的大量文献综述了PWM整流器及其并联控制的发展现状，分别分析三相PWM整流器在不平衡条件下和并联运行时的工作原理及环流特性，建立整流器在三相静止坐标系和旋转坐标系下的数学模型，整流器并联系统环流数学模型，并在此基础上建立了整流器双闭环控制系统。
　　针对三相PWM整流器在电网不平衡状态时会造成交流侧电流畸变的问题，本文提出了并联控制控制方法，在不平衡条件下采用两台整流器进行控制，一组整流器产生正序电流，另一组产生负序电流，经过并联控制实现了整流器容量扩充和谐波抑制的效果。
　　三相整流器并联运行时会产生多个路径的环流，为了消除环流的影响提出了协调控制策略，使整流器之间的负序和零序环流得到抑制，并通过控制正序电流分量实现负载功率均分。用Matlab软件搭建了三相PWM整流器在电网不平衡条件下的及并联控制仿真模型，验证了文中各控制策略的正确性。
　　最后结合理论推导和仿真确定了符合实验要求的各硬件参数与型号，设计各驱动电路与调理电路，以TMS320F2812DSP为核心构建实验平台，设计软件流程并在CCS编译软件中用C语言编写软件程序。经过仿真分析与实验调试，较好的实现了电网不平衡条件下PWM整流器网侧电流与直流侧电压控制。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．1．1 并联整流器中环流产生的原因及危害

1．1．2 三相电网不平衡时对整流器的影响

1．2 PWM整流器及其并联控制的国内外研究现状与发展

1．2．1 PWM整流器的现状与发展

1．2．2 整流器并联零序环流控制的研究现状

1．2．3 电网不平衡条件下整流器的控制策略与发展趋势

1．3 本文研究的主要内容

第2章 三相VSR工作原理及并联环流分析

2．1 三相VSR控制系统的工作原理

2．1．1 三相VSR四象限运行原理

2．1．2 三相VSR的工作模式及开关状态分析

2．2 三相VSR控制系统数学模型

2．3 并联三相VSR控制系统及环流分析

2．3．1 PWM整流器并联模型

2．3．2 并联三相VSR环流分析及推导

2．4 本章小结

第3章 电网不平衡条件下并联VSR系统设计

3．1 三相VSR控制系统

3．1．1 三相VSR双闭环控制原理

3．1．2 电流内环控制器设计

3．1．3 电压外环控制器设计

3．2 电网不平衡条件下三相VSR控制策略

3．2．1 电网不平衡条件下时电网电压的正负序分析

3．2．2 电网不平衡条件下三相VSR的状态分析

3．2．3 电网不平衡状态下抑制三相VSR负序电流控制策略

3．2．4 电网不平衡状态下抑制三相VSR负序电流控制策略仿真实现

3．3 电网不平衡三相VSR并联系统控制策略

3．3．1 电网不平衡三相VSR控制策略简述

3．3．2 并联状态下三相VSR正、负序电流的求取

3．3．3 不平衡并联三相VSR控制系统设计

3．3．4 不平衡并联三相VSR系统仿真与分析

3．4 本章小结

第4章 并联三相VSR环流抑制及系统仿真

4．1 并联三相VSR系统环流抑制策略

4．1．1 并联三相VSR系统环流路径及特性分析

4．1．2 并联整流器环流协调控制策略

4．2 并联三相VSR控制系统仿真及实现

4．3 三相并联VSR系统仿真结果及分析

4．3．1 三相并联VSR系统无协调控制策略仿真结果

4．3．2 并联三相VSR系统加入协调控制策略仿真结果

4．3．3 电网不平衡条件加入协调控制策略仿真结果

4．4 本章小结

第5章 控制系统的硬件设计与实现

5．1 三相PWM整流器控制系统硬件结构

5．2 三相VSR主电路中的参数设计

5．2．1 直流侧电压的选定

5．2．2 交流侧电感的选定

5．2．3 直流侧电容的选定

5．2．4 功率开关器件的选定

5．3 驱动电路及控制电路设计

5．3．1 检测电路的设计

5．3．2 基于锁相环的时钟电路和检测电路设计

5．3．3 PWM驱动电平转换电路设计

5．4 控制系统的软件设计

5．4．1 主程序设计

5．4．2 中断服务子程序设计

5．4．3 AD采样中断模块设计

5．4．4 中断服务子程序设计

5．4．5 EVA捕获中断模块设计

5．4．6 定时器下溢中断模块设计

5．5 实验结果与分析

5．6 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 本文总结

6．2 未来工作展望

参考文献

致谢