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三相电压型PWM整流器控制策略及应用研究

作　者: 郑忠玖
导　师: 王宁会
学　校: 大连理工大学
专　业: 电机与电器
关键词: PWM整流器前馈解耦控制预测电流控制并联零序环流
分类号: TM461
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

目前,高效、无污染的利用电能是世界各国普遍关注的问题。传统的二极管整流和相控整流需要电网提供大量的无功功率,给电网带来严重的谐波污染,影响电网的安全运行和其它电子设备的正常工作,降低了电能的有效利用率。PWM整流器具有网侧电流低谐波、单位功率因数、能量双向流动和直流电压可控等优点,实现了电能的“绿色变换”,可从根本上解决“消除谐波和无功功率”的问题,在大功率不间断电源、四象限交流变频器、传统电源系统的换代产品、无功补偿、太阳能发电以及交直流传动系统等领域有着广阔的应用前景。本文对三相电压型PWM整流器的控制策略及应用进行了深入研究,主要研究内容如下：(1)在三相静止坐标系、两相静止坐标系和同步旋转坐标系中建立了三相电压型PWM整流器的数学模型,介绍了空间矢量PWM技术的原理,给出了SVPWM的简化算法,避免了三角函数和非线性运算,提高了计算速度。(2)研究了基于dq坐标系的前馈解耦控制策略和基于两相静止坐标系的预测电流控制策略,分析了前馈解耦控制原理,给出了电流内环和电压外环的设计方法。重点研究了预测电流控制的原理及交流侧电流静态相位误差的产生原因,提出了改进的预测电流控制策略,该控制策略利用电网电压相位信息的周期性,解决了传统预测电流控制中交流侧电流存在相位静态误差的问题。(3)在同步旋转坐标系中建立了多重化并联三相电压型PWM整流器的数学模型。对多重化直接并联系统中的零序环流控制和均流控制技术进行了研究,提出了零序环流控制策略,该控制策略在并联系统中增加了零序环流控制环,通过调整SVPWM的零矢量占空比,实现对零序环流的有效抑制。在并联系统的均流控制方面,采用了最大电流自动主从控制策略,提高了并联系统的冗余性。在二重化并联系统控制技术研究的基础上,讨论了多重化并联系统的控制技术。(4)研究了三相电压型PWM整流器在大功率UPS中的应用。论文详细介绍了三相电压型PWM整流器工程设计中的关键技术,并对样机的测试结果进行了分析。论文设计的40kVA三相电压型PWM整流器输入功率因数为0.981,交流侧电流谐波含量THD=2.49%,满足UPS的规定技术指标。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-27
  1.1 研究背景  10-11
  1.2 PWM整流器的研究现状  11-22
    1.2.1 电流型PWM整流器  12-13
    1.2.2 电压型PWM整流器  13-20
    1.2.3 大功率拓扑及控制技术  20-22
  1.3 PWM整流器的应用现状  22-25
    1.3.1 有源滤波与无功补偿  22-23
    1.3.2 再生能源并网发电  23
    1.3.3 四象限交流电机驱动控制  23-24
    1.3.4 超导储能  24
    1.3.5 统一潮流控制  24-25
  1.4 本文的研究意义和主要内容  25-27
    1.4.1 研究意义  25-26
    1.4.2 论文主要工作  26-27
2 三相电压型PWM整流器数学模型及调制技术  27-38
  2.1 三相电压型PWM整流器数学模型  27-33
    2.1.1 三相静止坐标系中的数学模型  29-31
    2.1.2 两相同步旋转坐标系中的数学模型  31-33
  2.2 空间矢量PWM技术  33-37
    2.2.1 指令电压所在扇区的判断方法  34-35
    2.2.2 占空比计算  35-37
  2.3 本章小结  37-38
3 三相电压型PWM整流器控制策略  38-67
  3.1 基于dq坐标系的前馈解耦控制策略  38-44
    3.1.1 两相同步旋转坐标系d、q分量解耦  38-40
    3.1.2 电流内环的设计  40-42
    3.1.3 电压外环的设计  42-44
  3.2 前馈解耦控制系统的仿真分析  44-51
  3.3 基于αβ坐标系的预测电流控制策略  51-58
    3.3.1 预测电流控制原理  51-54
    3.3.2 预测电流控制的静态误差分析  54-56
    3.3.3 改进的预测电流控制策略  56-58
  3.4 改进的预测电流控制系统的仿真分析  58-66
  3.5 两种控制策略的比较  66
  3.6 本章小结  66-67
4 三相电压型PWM整流器并联控制技术  67-104
  4.1 三相电压型PWM整流器并联模型分析  67-74
    4.1.1 零序环流的产生  68
    4.1.2 桥臂模型  68-70
    4.1.3 并联三相电压型PWM整流器的数学模型  70-74
  4.2 三相电压型PWM整流器并联均流控制  74-79
    4.2.1 外特性下垂并联控制  74-75
    4.2.2 主从并联控制  75-78
    4.2.3 两种均流控制的比较  78-79
  4.3 重化并联三相电压型PWM整流器零序环流控制  79-84
    4.3.1 零序环流  79
    4.3.2 零序环流控制  79-84
  4.4 二重化并联系统的仿真分析  84-95
  4.5 N重化并联三相电压型PWM整流器的零序环流控制  95-99
  4.6 四重化并联系统的仿真分析  99-103
  4.7 本章小结  103-104
5 三相电压型PWM整流器在40kVA船用冗余式UPS中的应用  104-131
  5.1 UPS系统结构  104-106
  5.2 三相电压型PWM整流器系统构成  106-107
  5.3 主电路设计  107-117
    5.3.1 隔离降压变压器输出值确定  108
    5.3.2 可控硅软启动器  108-109
    5.3.3 功率器件选型  109-110
    5.3.4 交流侧电感的设计  110-115
    5.3.5 直流侧电容的设计  115-117
  5.4 控制系统硬件电路设计  117-121
    5.4.1 DSP控制系统电路  117-119
    5.4.2 单片机控制系统电路  119-121
  5.5 DSP控制系统软件设计  121-124
  5.6 单片机控制系统软件设计  124-125
  5.7 实验结果分析  125-130
    5.7.1 样机及实验设备  125
    5.7.2 电流相位静态误差补偿实验结果和分析  125-126
    5.7.3 半载(20kW)实验结果  126-127
    5.7.4 满载(40kW)实验结果  127-128
    5.7.5 动态实验结果  128-130
  5.8 本章小结  130-131
6 结论与展望  131-133
  6.1 结论  131-132
  6.2 展望  132-133
创新点  133-134
参考文献  134-141
附录A 样机  141-142
攻读博士学位期间发表学术论文情况  142-143
致谢  143-144
作者简介  144-145

三相电压型PWM整流器控制策略及应用研究

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