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电流型PWM整流器及其控制策略的研究

作　者: 李玉玲
导　师: 张仲超
学　校: 浙江大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 电流型PWM整流器三逻辑SPWM 数学模型控制策略电网电压不平衡
分类号: TM461
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

PWM整流器根据直流储能元件不同可分为电压型PWM整流器和电流型PWM整流器。电流型PWM整流器具有控制电流更直接方便、动态响应更快以及内在的短路保护能力等优点,在中等功率应用场合将具有广泛的应用前景。超导技术的发展,解决了电流型PWM整流器的储能效率问题,为电流型PWM整流器在大功率场合的应用提供了优势。本文着重研究了电流型PWM整流器及其控制策略,主要包括以下几方面的内容。建立了三相电流型PWM整流器在三相静止坐标系、两相静止坐标系和两相旋转坐标系的低频和高频时域数学模型,为电流型PWM整流器的控制系统分析和设计提供了理论基础。论文研究了三相电压型和电流型PWM整流器的频域数学模型,分析了两种整流器SPWM输出的频谱构成,并对两种整流器的直流输出进行了比较。在此基础上,对三相电压型和电流型PWM整流器用于有源滤波器(Active power filter,APF)的传输带宽进行了对比研究。论文提出了三相电流型PWM整流器三逻辑SPWM的数字实现技术。该方法充分利用DSP的内部资源,根据开关次数最少的原则合理分配电流型整流器六个功率管的开关信号,有效的降低了开关损耗,节约了系统成本。研究表明,这种信号分配办法在本质上与电流型PWM整流器的常规空间矢量调制(Space vector modulation,SVM)技术是一致的,稍加改动便可应用于电流型整流器的SVM技术。论文对SPWM调制中,叠流时间对输出的影响进行了初步的探讨,对所提出的数字实现三逻辑SPWM方法进行了实验验证,为论文后续控制策略的研究奠定了实验基础。直接电流控制是三相电流型PWM整流器控制方法的主流,论文在研究电流型PWM整流器的PI控制和极点配置状态反馈控制的基础上,提出了电流型PWM整流器的线性二次型(Linear quadratic,LQ)最优控制和改进的模型预测控制(model predictive control,MPC)。LQ控制按照系统稳态误差最小的原则寻找系统性能最优的极点,以此达到电流型PWM整流器稳态最优的控制目标。然而LQ控制是基于小信号模型的控制策略,有其固有的缺陷。因此,论文进一步提出了电流型PWM整流器的MPC控制。MPC具有预测和实时寻优的双重优点,但传统的MPC采用非脉冲响应作为预测控制模型,计算量大,很难直接应用到实时控制系统中。论文对这种传统MPC进行了改进,即从电流型PWM整流器被控制量与控制量之间的传递函数入手,得出整流器的一阶差分方程作为预测控制模型,同时保留传统MPC反馈校正、滚动优化等优点,使得MPC可以应用

全文目录

第一章绪论  12-34
  1.1 课题研究的背景和意义  12-15
    1.1.1 谐波抑制  12-13
    1.1.2 无功功率补偿  13-14
    1.1.3 功率因数校正  14-15
  1.2 PWM整流器的发展和研究现状  15-20
    1.2.1 PWM整流器拓扑结构的研究  15-16
    1.2.2 电压型PWM整流器的数学模型研究  16
    1.2.3 电压型PWM整流器控制策略研究  16-19
    1.2.4 电压型PWM整流器在不平衡电网条件下的控制  19-20
  1.3 三相PWM整流器的调制方式  20-22
  1.4 电流型PWM整流器的研究现状和应用前景  22-25
    1.4.1 电流型PWM整流器研究现状  22-23
    1.4.2 电流型PWM整流器的应用前景  23-25
  1.5 本文的主要研究内容和研究成果  25-27
  参考文献  27-34
第二章三相电流型PWM整流器的数学建模与分析  34-58
  2.1 电流型PWM整流器在低频下的数学模型  34-38
    2.1.1 三相静止坐标系下的低频模型  34-36
    2.1.2 两相坐标系下的数学模型  36-38
  2.2 电流型PWM整流器在高频下的数学模型  38-40
    2.2.1 三相静止坐标系下的高频模型  38-40
    2.2.2 dq坐标下的高频数学模型  40
  2.3 三相电压型PWM整流器的高频频域模型  40-44
  2.4 电流型PWM整流器的高频频域模型  44-49
  2.5 电压型PWM整流器与电流型PWM整流器的比较  49-52
  2.6 电压型PWM整流器和电流型PWM整流器传输带宽的研究  52-55
    2.6.1 SPWM整流器传输带宽的确定  52-53
    2.6.2 整流器传输带宽的仿真研究  53-55
  2.7 本章小结  55-56
  参考文献  56-58
第三章电流型PWM整流器的直接电流控制策略  58-91
  3.1 三相电流型PWM整流器调制信号发生和分配技术  58-67
    3.1.1 三逻辑SPWM信号的分配原理  58-60
    3.1.2 电流型PWM整流器的空间矢量调制(SVM)技术  60-65
    3.1.3 三逻辑SPWM调制方式的数字实现  65-66
    3.1.4 电流型PWM整流器的叠流时间及其影响  66-67
  3.2 三相电流型PWM整流器直接电流控制原理  67-68
  3.3 电流型PWM整流器的PI控制  68-69
  3.4 电流型PWM整流器的最优控制  69-74
  3.5 电流型PWM整流器的改进模型预测控制  74-77
    3.5.1 电流型PWM整流器的改进模型预测控制原理  75-76
    3.5.2 改进模型预测控制电路结构图  76-77
  3.6 电流型PWM整流器直接电流控制的实验研究  77-88
    3.6.1 主电路参数设计  78-80
    3.6.2 实验的硬件部分  80-81
    3.6.3 实验的控制部分  81-83
    3.6.4 开环实验结果  83-86
    3.6.5 直接电流控制的仿真实验结果  86-88
  3.7 本章小结  88-89
  参考文献  89-91
第四章电流型PWM整流器的间接电流控制  91-110
  4.1 单位功率因数间接电流控制  91-94
    4.1.1 abc坐标下单位功率因数间接电流控制原理  92
    4.1.2 abc坐标下单位功率因数间接电流控制实验结果  92-94
  4.2 可调功率因数间接电流控制  94-103
    4.2.1 电流型PWM整器的功率定义  94-96
    4.2.2 dq坐标系下可调功率因数控制原理  96-98
    4.2.3 dq坐标系下控制系统的动态性能分析  98-101
    4.2.4 dq坐标系下可调功率因数的实验结果  101-103
  4.3 dq坐标系下间接电流控制系统的稳定运行范围  103-108
  4.4 本章小结  108
  参考文献  108-110
第五章电流型PWM整流器在电网电压不平衡时的控制  110-123
  5.1 电压不平衡时整流器的谐波分析  110-114
    5.1.1 电网电压不平衡对整流器直流侧的影响  110-113
    5.1.2 电网电压不平衡对整流器交流侧的影响  113-114
  5.2 电流型PWM整流器在电网电压不平衡时的补偿控制  114-121
    5.2.1 整流器在dq坐标系下的补偿控制模型  114
    5.2.2 不平衡电网电压的计算  114-115
    5.2.3 抑制直流侧电流二次谐波的补偿控制  115-118
    5.2.4 抑制直流侧电流二次谐波的仿真及实验结果  118-120
    5.2.5 抑制网侧电流负序分量的补偿控制  120
    5.2.6 抑制网侧电流负序分量的仿真结果  120-121
  5.3 本章小结  121
  参考文献  121-123
第六章全文总结和展望  123-128
  6.1 本文研究工作总结  123-126
  6.2 今后的工作  126-127
  6.3 展望  127-128
致谢  128-129
博士期间发表的论文  129-130

电流型PWM整流器及其控制策略的研究

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