基于空间电压矢量控制的三相电压型PWM整流器的研究

摘要

传统的二极管不控整流和晶闸管相控整流会对电网产生谐波污染，降低整流器的功率因数。PWM整流器采用全控型功率开关管，如MOSFET和IGBT替代半控型和不控型功率开关管，通过PWM脉宽调制技术实现功率开关管的开通和关断。PWM整流器能够实现网侧电流的正弦波控制和四象限运行，真正实现了“绿色电能变换”。
　　 本文首先分析了三相电压型PWM整流器的工作原理，通过坐标变换推导出了三相VSR在同步旋转坐标系(d，q)下的数学模型。通过对不同控制策略的对比并结合系统性能的要求，采用电网电压矢量定向和基于瞬时无功功率理论的有功、无功电流双闭环控制策略。给出了数字PI调节器的设计方法，根据动稳态特性对三相VSR的交流侧电感和直流侧电容进行了设计。
　　 文中分析了空间矢量脉宽调制原理，并在此基础上提出了一种简化的SVPWM算法，该算法根据参考电压矢量在两相静止坐标系上的分量直接计算出其位置和空间电压矢量在各个扇区内的作用时间。在MATLAB/SIMULINK环境下搭建了系统的仿真模型，对系统的动稳态性能进行了仿真和分析。仿真结果显示系统能够实现在动稳态下的单位功率因数运行和能量双向流动，验证了理论分析的正确性和可行性。
　　 针对PWM整流器易于数字化实现的特点，以DSP芯片TMS320F2812为控制器对三相电压型PWM整流器进行了硬、软件的研究和设计。深入分析了整流器的主电路、控制电路和驱动保护电路的原理和设计方法，对相关元器件进行了选型和工作原理介绍，在PROTEL中设计了硬件电路，在CCS集成编译环境下对软件进行了设计和调试。本文搭建了基于DSP的控制系统实验平台，进行了相关实验验证，实验结果进一步验证了所提出控制算法的可行性。