基于改进型直接功率控制的三相PWM整流器研究

摘要

随着电力半导体开关器件的发展，人们在电力电子技术领域探索出一条“绿色”道路。对于PWM整流器而言，“绿色”的内涵是指电网侧无谐波污染、单位功率因数运行等传统整流装置所不具备的优越性能。PWM整流器根据能量是否可双向流动，分为可逆和不可逆PWM整流器。鉴于PWM整流器电能能够双向传输的性能，可作为各种电力电子应用系统与电网衔接的重要接口，广泛的应用于超导储能、电机拖动、光伏并网和风力并网发电等领域。在PWM整流器整流的过程中，会在输入侧即网侧产生谐波，如何降低谐波含量是PWM整流技术中的一个热点问题，目前更多的是通过改进控制策略来达到降低谐波。在PWM整流控制策略中，直接功率控制(DPC)以其结构简洁、算法简单、动态响应快，功率因数给定等优点，受到学术界越来越多的关注。
　　本文提出了一种改进型直接功率控制策略，与传统直接功率控制相比，两者的控制环节都包括功率内环和电压外环两个环节，不同的是，前者功率内环采用预测控制算法与空间矢量调制(SVM)相结合（即预测直接功率控制），来获得高品质的直接功率控制效果，系统的响应速度和动态响应得到明显的改善，并能让PWM整流器工作在固定的开关频率下，使得后期的滤波器设计更加方便简单。另外在电压控制环节上，为了减小直流侧滤波电容器上的电压波动以及补偿系统损耗，在直流电压控制环节上，采用IP控制(integral-proportional control)，与PI控制相比，前者的系统响应速度更快，而且有更好的动态稳定性和超调量较小的优点。在MATLAB/SIMULINK的环境下建立了基于以上传统直接功率控制策略和预测直接功率控制的PWM整流器的仿真，并对两种控制策略的效果进行比较分析，证明了预测直接功率控制理论分析的正确性与有效性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 PWM整流研究概况

1．3 论文主要研究内容与章节安排

2 PWM整流工作原理分析

2．1 电压型PWM整流器的分类及其拓扑结构

2．2 电压型PWM整流器工作原理

2．2．1 电压型PWM整流器电压电流矢量关系

2．2．2 电压型PWM整流器开关工作状态

2．2．3 电压型PWM整流器各区间开关分布

2．3 三相PWM整流器的数学模型

2．3．1 电压型PWM整流器在三相静止坐标下的数学模型

2．3．2 电压型PWM整流器在两相静止坐标系下的数学模型

2．3．3 电压型PWM整流器在两相同步旋转坐标系下的数学模型

2．4 本章小节

3 基于直接功率控制的PWM整流控制策略

3．1 直流电压外环控制环节设计

3．1．1 PI控制与IP控制比较

3．1．2 IP控制环节设计

3．2 基于传统的直接功率PWM整流控制策略

3．2．1 系统组成及作用

3．2．2 电压、电流和功率的计算

3．2．3 功率滞环比较器

3．2．4 电压矢量空间划分与开关表选择

3．3 基于预测直接功率PWM整流控制策略

3．3．1 系统工作原理

3．3．2 预测功率控制算法

3．3．3 PWM整流器空间矢量算法

3．4 本章小节

4 仿真实验与结果分析

4．1 传统直接功率控制的仿真分析

4．2 预测直接功率控制的仿真分析

4．3 两种控制策略的比较

4．4 本章小节

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢