基于直接功率控制的三电平PWM整流器控制策略研究

摘要

由于二极管箝位三电平PWM整流器功率器件承受电压应力小,输入电流谐波少、正弦度好,功率因数任意可调,以及能量可以双向流动,因此在中高压交流调速、风力发电、无功补偿等领域得到越来越广泛的应用。论文在三电平PWM整流器的数学模型的基础上,结合瞬时功率理论,建立了基于直接功率控制的三电平PWM整流器的数学模型,在此基础上构建了三电平整流器直接功率控制的闭环控制系统实现方案。论文重点研究了直接功率控制策略中开关矢量表的建立方法。根据三电平整流器数学模型,确立了空间电压矢量的选择原则。根据空间电压矢量对系统瞬时有功功率和瞬时无功功率的影响,以瞬时功率变化最大和邻近矢量两类方式完成了三种开关矢量表的建立,并对三电平整流器系统在线性负载、非线性负载下进行了仿真研究。仿真结果表明三种开关矢量表建立方法正确；系统网侧电流稳定、正弦度好,直流电压稳定、响应快,功率因数高。基于大中矢量的开关矢量表建立方法简单,在负载剧烈变化时稳定性好；而基于邻近矢量的开关矢量表建立方法网侧电流变化平缓,开关器件功率损耗小,中点电位平衡特性好。基于全部矢量的开关矢量表建立方法在进入稳态后与基于大中矢量开关矢量表建立方法的控制效果类似。最后,论文在基于TMS320LF2407A的实验平台上,对基于大中矢量的矢量开关表和基于邻近矢量的开关矢量表分别进行了实验验证,实验装置稳定可靠,验证了算法的有效性。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 三电平PWM整流器的研究背景

1.2 国内外发展现状

1.3 本论文的主要研究内容

2 基于直接功率控制的三电平PWM整流器数学模型

2.1 三电平PWM整流器空间电压矢量分布

2.2 三电平PWM整流器的拓扑结构

2.3 基于开关函数的三电平PWM整流器数学模型

2.3.1 三相abc坐标系中的数学模型

2.3.2 两相αβ坐标系中的数学模型

2.3.3 两相dq坐标系中的数学模型

2.4 瞬时功率理论

2.5 基于DPC的三电平PWM整流器的数学模型

3 基于直接功率控制的三电平PWM整流器闭环控制策略

3.1 PWM整流器的控制技术

3.1.1 控制技术要求

3.1.2 PWM整流器直接电流控制技术

3.2 基于DPC的三电平PWM整流器闭环控制策略

3.2.1 三电平PWM整流器的DPC系统框图

3.2.2 直接功率控制分类

3.3 本章小结

4 基于直接功率控制的三电平PWM整流器开关矢量表的建立

4.1 开关矢量表

4.1.1 功率比较信号的选择

4.1.2 空间电压矢量扇区划分

4.2 电压矢量选择的基本原则

4.3 电压矢量对有功功率及无功功率的影响

4.4 基于全部矢量的开关矢量表

4.4.1 开关矢量表建立

4.4.2 仿真及结果分析

4.5 基于大中矢量的开关矢量表

4.5.1 开关矢量表建立

4.5.2 仿真结果及分析

4.6 基于邻近矢量的开关矢量表

4.6.1 开关矢量表的建立

4.6.2 仿真结果及分析

4.7 本章小结

5 基于直接功率控制的三电平整流器装置和软件设计

5.1 三电平整流器硬件平台设计

5.1.1 三电平整流器主电路

5.1.2 三电平整流器控制电路

5.2 三电平整流器软件设计

5.2.1 主程序的设计

5.2.2 键盘处理程序的设计

5.2.3 直接功率控制算法的设计

5.2.4 保护中断子程序的设计

5.3 三相三电平整流器实验波形分析及结论

5.3.1 基于大中矢量开关表的实验波形

5.3.2 基于邻近矢量的实验波形

5.3.3 实验结果分析

5.4 本章小结

6 结论

6.1 全文总结

6.2 下一步工作展望

致谢

参考文献

在校期间所发表的论文