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基于交交变换的动态电压恢复器研究

作　者: 王洁
导　师: 汤雨
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 电机与电器
关键词: 电能质量 交交变换 虚拟整流逆变 动态电压恢复器 单周期控制 相平面法
分类号: TM761.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 8次
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内容摘要


随着科学技术的不断发展，人类社会对于电能质量有着越来越严格的要求。而电能质量问题又会给敏感性负荷带来巨大的危害。在众多的电能质量问题之中，最常发生并造成最大损失的是电压暂降问题。动态电压恢复器(DVR)是针对这一问题最经济有效的解决方式。目前关于DVR的研究主要集中于电压源逆变器(VSI)式结构，其主体结构中包含一个较大的直流储能单元，其体积重量大，成本高，不易集成。近年来，不需要中间直流环节的交交变换技术得到了大力发展。交交型变换器体积重量明显减少，成本降低，更易集成，交交变换技术应用于动态电压恢复器已经成为了一个趋势。本文在分析了大量交交变换拓扑结构的优缺点后，选用无需换流控制的虚拟整流逆变拓扑作为DVR主电路。同时，DVR中取电侧的位置，隔离变压器的位置，输出滤波器的形式等结构因素也会对其性能产生重要影响，本文针对这些方面做了详细的分析对比，最终选择电网侧取电，隔离变压器置于虚拟逆变桥输出端，并且利用变压器漏感滤波的电路结构。为了对电网电压进行快速且精确的动态补偿， DVR应该具有良好的动态响应性能，而PI控制应用于交交型DVR时，存在输出波形质量不高，过零点易畸变等问题。故选用动态响应好，鲁棒性好的单周期控制。本文对系统单周期控制方程进行了理论推导，得到了积分电路参数的设计依据；建立了系统的大信号模型，运用相平面法对状态变量进行了分析，得到了影响稳定性的因素，为系统设计提供了理论依据。仿真对比了单周期控制与PI控制下系统的稳态特性，动态性能，以及对输入扰动的抑制和带非线性负载的能力。最后，设计了1kVA交交型DVR原理样机，分别进行了稳态及动态过程实验，对理论分析及仿真研究的正确性及可行性进行了验证。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章 绪论  12-23
  1.1 课题研究背景  12-16
    1.1.1 电能质量的定义  12
    1.1.2 电能质量问题的分类  12-15
    1.1.3 电压跌落问题的解决办法  15-16
  1.2 动态电压恢复器的研究现状  16-21
    1.2.1 动态电压恢复器的结构研究  16-20
    1.2.2 控制策略的研究  20-21
  1.3 本文的主要研究内容  21-23
第二章 交交型动态电压恢复器拓扑与结构研究  23-33
  2.1 交交变换拓扑的研究  23-25
    2.1.1 直接式交交变换拓扑  23-24
    2.1.2 非直接式交交变换拓扑  24-25
  2.2 动态电压恢复器结构研究  25-27
    2.2.1 取电结构  25-26
    2.2.2 隔离变压器位置  26
    2.2.3 输出滤波器形式  26-27
  2.3 虚拟整流逆变拓扑结构及工作原理  27-32
    2.3.1 虚拟整流逆变拓扑结构  27-28
    2.3.2 工作原理  28-30
    2.3.3 开环仿真验证  30-32
  2.4 本章小结  32-33
第三章 控制策略研究  33-43
  3.1 单周期控制概述  33-35
    3.1.1 单周期控制基本原理  33-34
    3.1.2 输入扰动抑制能力  34
    3.1.3 负载扰动抑制能力  34
    3.1.4 跟踪参考能力  34-35
  3.2 控制方程推导  35-36
  3.3 单周期控制下系统稳定性分析  36-39
  3.4 单周期控制下与 PI 控制下的仿真结果对比  39-42
  3.5 本章小结  42-43
第四章 1kVA 实验样机的研制  43-60
  4.1 设计指标  43
  4.2 主功率电路设计  43-47
    4.2.1 功率器件选取与驱动电路设计  43-44
    4.2.2 工频隔离变压器设计  44-46
    4.2.3 输出滤波电感值计算  46-47
    4.2.4 输出滤波电容计算  47
  4.3 控制电路设计  47-53
    4.3.1 时钟信号发生电路  47-48
    4.3.2 正弦基准发生电路  48-49
    4.3.3 采样调理电路  49-50
    4.3.4 单周期控制电路  50-51
    4.3.5 逻辑电路  51-52
    4.3.6 重叠时间与死区时间产生电路  52-53
  4.4 实验验证  53-59
    4.4.1 样机加电实验  53-54
    4.4.2 稳态实验波形  54-57
    4.4.3 动态实验波形  57-59
  4.5 本章小结  59-60
第五章 总结与展望  60-61
  5.1 全文工作总结  60
  5.2 进一步工作展望  60-61
参考文献  61-65
致谢  65-66
在学期间发表的学术论文  66

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 输配电工程、电力网及电力系统 > 电力系统的自动化 > 自动调整 > 电压与无功功率的自动调整 > 电压及无功功率自动调整的试验及模拟
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