三相电压型PWM整流器电流预测控制的研究

摘要

不控和半控整流环节对电网注入大量谐波及无功功率造成电网“污染”，而PWM整流器具有网侧电流低谐波、可实现单位功率因数和直流电压可控等优点，成为研究的热点。因预测控制具有动态响应快、鲁棒性强等优点，本文以三相压型PWM整流器(VSR)为研究对象，对预测控制理论在三相VSR中的应用进行了研究。
　　本文首先分析了三相电压型PWM整流器工作原理，建立三种坐标系下系统数学模型。学习了空间矢量(SVPWM)调制技术，设计了三相VSR交流侧电感及直流侧电容。在两相旋转坐标系下设计了电压外环、电流内环双PI控制的三相电压型PWM整流器。为得到高功率因数，采用电压定向控制。q轴给定电流为零时，三相VSR运行于单位功率因数状态，之后在Matlab/Simulink进行了仿真研究。该控制过程参数整定比较复杂，对开关管使用SVPWM调制方式工作量大。
　　其次，本文在对传统PI控制研究基础上重点研究了三相VSR电流的模型预测控制(MPC)。由电压外环PI控制的输出信号得到参考电流值；将系统在两相静止坐标系下的数学模型进行离散化，得到预测电流的离散时间模型，对于每一个不同电压矢量，预测下一采样时刻电流值；分析开关函数作用下三相电压型PWM整流器的交流侧电压；选取参考电流和预测电流绝对误差为代价函数，在线计算每一个电压矢量下代价函数大小；选择代价函数最小时交流侧电压对应的开关状态信号作用于系统，实现在线寻优。该控制策略无线性控制器和PWM调制模块，具有控制系统设计简单、电路抗扰动能力强、系统动态过程短等特性。由Matlab/Simulink仿真过程得：MPC控制计算简单，容易数字化实现。
　　最后，通过仿真对三相VSR的传统PI控制与预测控制两种策略各项性能进行分析比较。结果表明，电流内环采用预测控制器的PWM整流器能够获得更快的电流响应速度，能够实现整流器单位功率因数运行、较小的有功和无功功率波动。同时，直流侧输出电压稳定，网侧电流畸变率低，系统功率因数高。仿真结果验证了所提出的控制策略的有效性。

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1绪论

1.1课题背景及研究意义

1.2本文研究主要内容

2三相电压型PWM整流器结构及原理

2.1电压型PWM整流器原理

2.2三相VSR的数学模型

2.3三相VSR的控制系统设计

2.4主电路参数设计

2.5本章小结

3 PWM整流器的PI控制

3.1空间矢量调制技术

3.2基于电压定向的矢量控制（VOC）

3.3本章小结

4 PWM整流器电流预测的研究

4.1预测控制基本原理

4.2三相VSR整流器预测电流控制

4.3预测控制器与PI控制器仿真比较

4.4本章小结

5总结与展望

5.1全文总结

5.2展望

致谢

参考文献