带容性负载的三相电流源型PWM整流器及其控制策略研究

摘要

目前绝大多数的不间断电源(Uninterruptible Power System UPS)前端采用高功率因素整流器,根据直流储能元件的不同,可分为电压源型整流器(Voltage Source Rectifier VSR)和电流源型整流器(Current Source Rectifier CSR)。前端采用三相CSR,能使UPS具有易于并联运行及具有内在的短路保护能力等特点。当应用于UPS时,三相CSR相当于带容性负载。本文主要对带容性负载的三相电流源型PWM整流器(Current Source Rectifierwith Voltage Source Load CSR-VSL)及其控制策略进行了研究。论文的主要工作和研究成果如下。
　　论文建立了CSR-VSL在三相静止坐标系、两相静止坐标系和两相旋转坐标系下的数学模型,并分别以电网电压和交流侧滤波电容电压为定向,对两相旋转坐标系下的数学模型进行简化。介绍了CSR-VSL的两种调制方式,探讨了主电路参数的设计方法。
　　效率是UPS产品很重要的一个技术指标。开关损耗和导通损耗是影响CSR-VSL效率的关键因素。论文研究了CSR-VSL特有的开关过程,给出了理想的开关切换波形,并在开关过程分析和空间矢量调制方式的基础上推导了开关损耗和导通损耗的理论计算公式。
　　CSR-VSL模型具有强耦合和非线性的特点,论文引入了逆系统解耦方法,对模型进行了解耦和线性化,分别设计了直流侧和交流侧的逆系统解耦控制算法,实现了直流母线电压的稳压及有功功率和无功功率的独立控制。
　　由于线性化时存在奇点,逆系统解耦控制方法的工作范围受到限制,无法完美地应用于UPS。论文将两相旋转坐标系以电容电压进行定向,简化了数学模型,实现了直流侧和交流侧的解耦,提出了对直流侧进行状态反馈,交流侧引入虚拟阻抗进行有源阻尼的控制算法,该算法控制下的CSR-VSL工作范围广,输出电压无静差,动态响应快,网侧电流总谐波畸变率低,且功率因数接近1。

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1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究概况

2 CSR-VSL的数学模型、调制方式及主电路参数设计

2.1 CSR-VSL的数学模型

2.2 CSR-VSL调制技术

2.3 主电路参数设计

2.4 本章小结

3 CSR-VSL的开关过程和损耗分析

3.1 CSR-VSL的开关过程分析

3.2 CSR-VSL的开关损耗和导通损耗计算

3.3 本章小结

4 CSR-VSL的逆系统解耦控制

4.1 逆系统解耦方法简介[31]

4.2 CSR-VSL的逆系统解耦控制

4.3 逆系统解耦控制的工作范围分析

4.4 仿真结果

4.5本章小结

5 基于状态反馈和虚拟阻抗的控制方法

5.1 控制方法简介

5.2 直流侧控制器设计

5.3 交流侧控制器设计

5.4 仿真结果和实验结果

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 今后的工作和展望

致谢

参考文献