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【摘要】：PWM整流器根據(jù)直流儲能元件不同可分為電壓型PWM整流器和電流型PWM整流器。電流型PWM整流器具有控制電流更直接方便、動態(tài)響應(yīng)更快以及內(nèi)在的短路保護能力等優(yōu)點,在中等功率應(yīng)用場合將具有廣泛的應(yīng)用前景。超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展,解決了電流型PWM整流器的儲能效率問題,為電流型PWM整流器在大功率場合的應(yīng)用提供了優(yōu)勢。本文著重研究了電流型PWM整流器及其控制策略,主要包括以下幾方面的內(nèi)容。 建立了三相電流型PWM整流器在三相靜止坐標(biāo)系、兩相靜止坐標(biāo)系和兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的低頻和高頻時域數(shù)學(xué)模型,為電流型PWM整流器的控制系統(tǒng)分析和設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。論文研究了三相電壓型和電流型PWM整流器的頻域數(shù)學(xué)模型,分析了兩種整流器SPWM輸出的頻譜構(gòu)成,并對兩種整流器的直流輸出進行了比較。在此基礎(chǔ)上,對三相電壓型和電流型PWM整流器用于有源濾波器(Active power filter,APF)的傳輸帶寬進行了對比研究。 論文提出了三相電流型PWM整流器三邏輯SPWM的數(shù)字實現(xiàn)技術(shù)。該方法充分利用DSP的內(nèi)部資源,根據(jù)開關(guān)次數(shù)最少的原則合理分配電流型整流器六個功率管的開關(guān)信號,有效的降低了開關(guān)損耗,節(jié)約了系統(tǒng)成本。研究表明,這種信號分配辦法在本質(zhì)上與電流型PWM整流器的常規(guī)空間矢量調(diào)制(Space vector modulation,SVM)技術(shù)是一致的,稍加改動便可應(yīng)用于電流型整流器的SVM技術(shù)。論文對SPWM調(diào)制中,疊流時間對輸出的影響進行了初步的探討,對所提出的數(shù)字實現(xiàn)三邏輯SPWM方法進行了實驗驗證,為論文后續(xù)控制策略的研究奠定了實驗基礎(chǔ)。 直接電流控制是三相電流型PWM整流器控制方法的主流,論文在研究電流型PWM整流器的PI控制和極點配置狀態(tài)反饋控制的基礎(chǔ)上,提出了電流型PWM整流器的線性二次型(Linear quadratic,LQ)最優(yōu)控制和改進的模型預(yù)測控制(model predictive control,MPC)。LQ控制按照系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差最小的原則尋找系統(tǒng)性能最優(yōu)的極點,以此達到電流型PWM整流器穩(wěn)態(tài)最優(yōu)的控制目標(biāo)。然而LQ控制是基于小信號模型的控制策略,有其固有的缺陷。因此,論文進一步提出了電流型PWM整流器的MPC控制。MPC具有預(yù)測和實時尋優(yōu)的雙重優(yōu)點,但傳統(tǒng)的MPC采用非脈沖響應(yīng)作為預(yù)測控制模型,計算量大,很難直接應(yīng)用到實時控制系統(tǒng)中。論文對這種傳統(tǒng)MPC進行了改進,即從電流型PWM整流器被控制量與控制量之間的傳遞函數(shù)入手,得出整流器的一階差分方程作為預(yù)測控制模型,同時保留傳統(tǒng)MPC反饋校正、滾動優(yōu)化等優(yōu)點,使得MPC可以應(yīng)用
【關(guān)鍵詞】：電流型PWM整流器 三邏輯SPWM 數(shù)學(xué)模型 控制策略 電網(wǎng)電壓不平衡
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號】：TM461
【目錄】： 第一章 緒論12-34
1.1 課題研究的背景和意義12-15
1.1.1 諧波抑制12-13
1.1.2 無功功率補償13-14
1.1.3 功率因數(shù)校正14-15
1.2 PWM整流器的發(fā)展和研究現(xiàn)狀15-20
1.2.1 PWM整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究15-16
1.2.2 電壓型PWM整流器的數(shù)學(xué)模型研究16
1.2.3 電壓型PWM整流器控制策略研究16-19
1.2.4 電壓型PWM整流器在不平衡電網(wǎng)條件下的控制19-20
1.3 三相PWM整流器的調(diào)制方式20-22
1.4 電流型PWM整流器的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用前景22-25
1.4.1 電流型PWM整流器研究現(xiàn)狀22-23
1.4.2 電流型PWM整流器的應(yīng)用前景23-25
1.5 本文的主要研究內(nèi)容和研究成果25-27
參考文獻27-34
第二章 三相電流型PWM整流器的數(shù)學(xué)建模與分析34-58
2.1 電流型PWM整流器在低頻下的數(shù)學(xué)模型34-38
2.1.1 三相靜止坐標(biāo)系下的低頻模型34-36
2.1.2 兩相坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型36-38
2.2 電流型PWM整流器在高頻下的數(shù)學(xué)模型38-40
2.2.1 三相靜止坐標(biāo)系下的高頻模型38-40
2.2.2 dq坐標(biāo)下的高頻數(shù)學(xué)模型40
2.3 三相電壓型PWM整流器的高頻頻域模型40-44
2.4 電流型PWM整流器的高頻頻域模型44-49
2.5 電壓型PWM整流器與電流型PWM整流器的比較49-52
2.6 電壓型PWM整流器和電流型PWM整流器傳輸帶寬的研究52-55
2.6.1 SPWM整流器傳輸帶寬的確定52-53
2.6.2 整流器傳輸帶寬的仿真研究53-55
2.7 本章小結(jié)55-56
參考文獻56-58
第三章 電流型PWM整流器的直接電流控制策略58-91
3.1 三相電流型PWM整流器調(diào)制信號發(fā)生和分配技術(shù)58-67
3.1.1 三邏輯SPWM信號的分配原理58-60
3.1.2 電流型PWM整流器的空間矢量調(diào)制(SVM)技術(shù)60-65
3.1.3 三邏輯SPWM調(diào)制方式的數(shù)字實現(xiàn)65-66
3.1.4 電流型PWM整流器的疊流時間及其影響66-67
3.2 三相電流型PWM整流器直接電流控制原理67-68
3.3 電流型PWM整流器的PI控制68-69
3.4 電流型PWM整流器的最優(yōu)控制69-74
3.5 電流型PWM整流器的改進模型預(yù)測控制74-77
3.5.1 電流型PWM整流器的改進模型預(yù)測控制原理75-76
3.5.2 改進模型預(yù)測控制電路結(jié)構(gòu)圖76-77
3.6 電流型PWM整流器直接電流控制的實驗研究77-88
3.6.1 主電路參數(shù)設(shè)計78-80
3.6.2 實驗的硬件部分80-81
3.6.3 實驗的控制部分81-83
3.6.4 開環(huán)實驗結(jié)果83-86
3.6.5 直接電流控制的仿真實驗結(jié)果86-88
3.7 本章小結(jié)88-89
參考文獻89-91
第四章 電流型PWM整流器的間接電流控制91-110
4.1 單位功率因數(shù)間接電流控制91-94
4.1.1 abc坐標(biāo)下單位功率因數(shù)間接電流控制原理92
4.1.2 abc坐標(biāo)下單位功率因數(shù)間接電流控制實驗結(jié)果92-94
4.2 可調(diào)功率因數(shù)間接電流控制94-103
4.2.1 電流型PWM整器的功率定義94-96
4.2.2 dq坐標(biāo)系下可調(diào)功率因數(shù)控制原理96-98
4.2.3 dq坐標(biāo)系下控制系統(tǒng)的動態(tài)性能分析98-101
4.2.4 dq坐標(biāo)系下可調(diào)功率因數(shù)的實驗結(jié)果101-103
4.3 dq坐標(biāo)系下間接電流控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行范圍103-108
4.4 本章小結(jié)108
參考文獻108-110
第五章 電流型PWM整流器在電網(wǎng)電壓不平衡時的控制110-123
5.1 電壓不平衡時整流器的諧波分析110-114
5.1.1 電網(wǎng)電壓不平衡對整流器直流側(cè)的影響110-113
5.1.2 電網(wǎng)電壓不平衡對整流器交流側(cè)的影響113-114
5.2 電流型PWM整流器在電網(wǎng)電壓不平衡時的補償控制114-121
5.2.1 整流器在dq坐標(biāo)系下的補償控制模型114
5.2.2 不平衡電網(wǎng)電壓的計算114-115
5.2.3 抑制直流側(cè)電流二次諧波的補償控制115-118
5.2.4 抑制直流側(cè)電流二次諧波的仿真及實驗結(jié)果118-120
5.2.5 抑制網(wǎng)側(cè)電流負(fù)序分量的補償控制120
5.2.6 抑制網(wǎng)側(cè)電流負(fù)序分量的仿真結(jié)果120-121
5.3 本章小結(jié)121
參考文獻121-123
第六章 全文總結(jié)和展望123-128
6.1 本文研究工作總結(jié)123-126
6.2 今后的工作126-127
6.3 展望127-128
致謝128-129
博士期間發(fā)表的論文129-130
