基于直接电流控制策略的三电平整流器的研究与设计

摘要

随着电力电子技术的发展，功率半导体开关器件性能不断提高，促进了电力电子变流装置技术的发展。由于三电平中点箝位PWM整流器能够实现高压大容量电能变换，而且具有输入电流正弦性良好、直流输出电压和网侧功率因数可调节、动态响应快，与PWM电压型逆变器构成的双PWM变频器可实现电机的四象限运行，因此三电平PWM整流器得到越来越广泛地应用。
　　本文以中点箝位三电平PWM整流器为研究对象，推导了其在三相静止坐标系下的数学模型。引入坐标变换的概念，得到三电平整流器在两相静止和同步旋转坐标系下的数学模型，并设计了一种带有前馈控制的、用于获得电网电压相角的数字锁相控制系统。
　　三电平PWM调制算法一直以来都是三电平变换器的研究重点。本文首先对三电平整流器作PWM分析，在网侧电流一定的情况下，研究每个矢量对整流器的影响。并在前人学者提出g-h坐标系的思想下，给出了一种实用的基于g-h坐标系的三电平SVPWM简化算法。
　　在不同的直接电流控制方式中，本文选用电压外环和电流内环的双闭环控制系统结构。事实上，实用化的PWM整流装置绝大多数采用这种控制方法。双闭环控制的主要特点是物理意义清晰，控制结构简单，控制性能优良。本文在分析直接电流控制系统原理的基础上，结合最佳工程参数设计方法，给出了三电平整流器控制器参数的设计步骤与方法。
　　最后，使用Matlab/Simulink软件进行系统仿真和样机试验，研究了三电平整流器在额定负载与能量回馈时的性能，验证了锁相环、SVPWM算法和双闭环整流控制系统的有效性和可行性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 国内外PWM整流器研究现状

1．3 三电平PWM整流技术的难点

1．4 电压型PWM整流器的电流控制策略

1．5 本文的主要内容

第2章 三电平PWM整流器原理、拓扑结构及数学模型

2．1 PWM整流器原理

2．2 三电平VSR拓扑结构

2．3 三电平电压型PWM整流器的数学建模

2．3．1 三相静止坐标系下三电平PWM整流器的数学模型

2．3．2 两相静止坐标系下三电平PWM整流器的数学模型

2．3．3 同步旋转坐标系下三电平PWM整流器的数学模型

2．4 本章小结

第3章 三电平空间矢量PWM(SVPWM)控制算法的改进

3．1 三电平VSR空间电压矢量分布

3．2 基于60°坐标系调制算法的简化

3．2．1 坐标变换及区域判断

3．2．2 矢量作用顺序设计

3．2．3 矢量作用时间的计算

3．3 仿真验证

3．4 本章小结

第4章 直接电流控制系统的设计

4．1 基于dq坐标系的数字锁相环

4．2 PWM整流器的双闭环控制

4．2．1 电流内环控制系统设计

4．2．2 电压外环控制系统设计

4．3 VSR交流侧电感的设计

4．3．1 满足VSR有功(无功)功率指标时的电感设计

4．3．2 满足电流动态跟踪指标时的电感设计

4．3．3 满足电流稳态指标时的电感设计

4．4 VSR直流母线电容的设计

4．4．1 满足直流电压跟随性指标时的电容设计

4．4．2 满足直流电压抗扰性指标时电容设计

4．5 本章小结

第5章 三电平PWM整流器的系统仿真与实验结果分析

5．1 系统仿真及其分析

5．1．1 系统仿真模型的搭建

5．1．2 系统仿真结果的分析

5．2 实验结果分析

5．2．1 锁相环实验

5．2．2 PWM整流实验

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

致谢