三电平PWM整流器网侧电压不平衡控制策略的研究

摘要

近年来，随着电力电子技术的发展，功率半导体器件的应用技术得到极大提高，从而促进了电力电子变流装置在工农业生产和民用方面的广泛应用。这些变流装置中很大一部分需要整流环节，以获得直流电压，实现“绿色”电能变换成为电力电子技术研究的重点之一。本文在三相电网不平衡条件下，针对于中点箝位型三电平PWM整流器控制策略进行了的重点研究。
　　PWM整流器能够实现网侧功率因数可调，实现能量双向流动和无电网污染。本文分析了传统整流器存在的问题，阐述了三电平电压型PWM整流器的基本工作原理，建立了在三相静止坐标系下的基本数学模型和两相旋转坐标系下的数学模型，为控制策略的研究提供了理论依据。
　　本文通过三相软件锁相环实现了对电网电压相位的同步获取，并且深入研究了三电平电压型PWM整流器电压电流双闭环控制和参数设计。在此基础上，就电网电压平衡条件下进行了稳态和动态仿真。通过仿真，验证了本文设计方案的正确性和可行性，为实际参数电路设计提供了理论依据。
　　传统的整流器平衡控制策略，在遇到电网电压不平衡情况下，会使网侧电流和直流输出侧出现大量谐波，交流侧电压发生波形畸变，严重时甚至烧毁装置，影响三电平电压型PWM整流器的性能。本文针对电网不平衡的条件，将网侧电流对称控制策略和消除直流侧二次谐波的双电流控制策略应用于三电平PWM整流器中，分别实现了对网侧输入电流和直流侧输出电压的控制。
　　在以上理论基础上，本文对电网电压平衡和不平衡控制策略基于Matlab环境进行了仿真研究。仿真结果表明，抑制交流负序电流分量的控制策略，改善了整流器交流侧电流波形，使其波形基本对称;采用双电流控制策略，基本消除了直流侧的二次谐波分量。通过不平衡控制策略的仿真验证，能够实现能量回馈，使系统具有良好的动静态性能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 PWM整流器国内外研究现状

1．3 本课题的研究内容

第2章 三电平PWM整流器拓扑及建模

2．1 PWM整流器原理分析

2．2 三电平PWM整流器的一般数学模型

2．2．1 平衡条件下PWM整流器一般数学模型

2．2．2 电网电压不平衡时的三电平PWM整流器数学模型

2．3 本章小结

第3章 电网电压不平衡下三电平PWM整流器控制策略

3．1 三相电网不平衡概述

3．1．1 电网不平衡基本概念

3．1．2 不平衡度的概念

3．2 三相电网电压不平衡原因及对PWM整流器的影响

3．3 电网电压不平衡时三电平PWM整流器控制策略

3．3．1 电网电压不平衡时三相电压型PWM整流器网侧功率描述

3．3．2 电网不平衡电动势检测

3．3．3 抑制交流负序电流的控制策略

3．3．4 消除整流器直流侧电压二次谐波的控制策略

3．4 本章小结

第4章 三电平PWM整流器的系统设计与仿真

4．1 基于两相同步旋转坐标系下的控制器设计

4．1．1 电流内环控制器设计

4．1．2 电压外环控制系统设计

4．2 系统功率主电路参数设计

4．2．1 三电平PWM整流器交流侧电感的设计

4．2．2 三电平PWM整流器直流侧电容的设计

4．3 电压空间矢量调制

4．3．1 基于60°坐标系的SVPWM算法

4．3．2 调制方法仿真验证

4．4 控制系统仿真建模与分析

4．4．1 网侧电压平衡时常规双闭环控制系统仿真

4．4．2 网侧电压不平衡时常规双闭环控制系统的仿真

4．4．3 抑制网侧负序电流的控制策略仿真

4．4．4 抑制直流侧电压二次谐波不平衡控制策略仿真

4．5 本章小结

第5章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文