电网电压不平衡时电压型PWM整流器控制策略的研究

摘要

三相电压型PWM整流器(VSR)控制策略均是按电网平衡状态来作为约束条件设计的，然而，电网电压不平衡状态常常发生，如果电网电压不平衡时，采用传统三相VSR控制策略，导致三相VSR的交流侧出现负序电流，造成电网不平衡更加严重，会在直流侧电压出现大量的二次谐波，致使直流电压出现严重的畸变，通过脉宽调制(PWM)控制，会在交流侧产生大量的三次谐波，严重影响控制效果。
　　本文以电网不平衡时建立三相VSR的数学模型，在此基础上展开正负序电流分量计算方法和控制策略的研究，以提高控制性能。
　　首先，电网不平衡控制策略的首要问题是正负序分量分离计算，在分析传统的陷波法和T/3基础上，针对两种方法的缺陷，提出了T/4延迟法，该方法是建立在两相静止(α,β)坐标系下，将电网电压的合成矢量延迟T/4个基波周期来实现电网电压的正、负序分量的分离，从而在很大程度上简化了算法和提高了系统的响应速度，并通过仿真验证了该方法的有效性和正确性；
　　其次，本文研究了已存在的电网不平衡时三相VSR控制策略，针对双电流独立内环控制策略存在的问题，比如控制策略的结构和算法较为复杂，动态响应慢等缺点，提出了预测电流控制策略，该方法在(α,β)静止坐标系中构成不平衡的控制系统，在进行电流跟踪控制时不需要独立检测正、负序电流分量，从而简化控制算法，该策略大大消除了整流器直流侧电压的纹波分量，实现了对正、负序电流无静差跟踪，从而提高了系统的稳定性，进一步提高系统的性能，并通过仿真验证了该方法的可行性。
　　最后，根据系统要求，对三相 VSR系统设计，控制软件和硬件设计，运用RT-LAB半实物实时仿真器作为控制器的试验系统，进一步验证了本文提出的控制方法的可行性。

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1 绪论

1.1 PWM整流器的概况

1.2 电网不平衡的概述和危害

1.3 电网电压不平衡时PWM整流器控制研究现状

1.4 本文主要完成的研究工作

1.5 本章小结

2 三相电网不平衡时PWM整流器数学建模

2.1 不平衡状态时三相电压型PWM整流器数学模型

2.2 电网不平衡时三相VSR在不同坐标系下数学模型

2.3 电网不平衡时三相VSR谐波分析

2.4 本章小结

3 电网不平衡时三相VSR控制策略的研究

3.1 电网不平衡时三相VSR基本问题

3.2 正负序分量分离计算方法原理

3.3 正负序分量分离计算方法仿真分析

3.4 电网不平衡时三相VSR控制策略

3.5 仿真结果及其分析

3.6 本章小结

4 电网不平衡时三相VSR主电路硬件电路设计

4.1 交流侧电感设计

4.2 高频滤波器的设计

4.3 直流侧电容的设计

4.4 功率开关管的选型

4.5 本章小结

5 三相VSR控制系统硬件和软件电路设计

5.1 控制电路的设计

5.2 电压、电流检测电路的设计

5.3 保护电路的设计

5.4 驱动电路的设计

5.5 控制系统设计

5.6 软件设计

5.7 本章小结

6 实验结果分析

6.1 基于抑制直流侧电压二次谐波的正负序分量分离计算方法实验波形

6.2 基于传统的双电流独立内环控制和预测电流控制策略实验波形和分析

6.3 某相电压突升试验波形

6.4 本章小结

7 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

7.3 本章小结

参考文献

作者简历

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