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《南京航空航天大学》 2008年
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高功率因数可逆PWM变换器及其数字控制研究

方宇  
【摘要】: 消除电网谐波污染、提高功率因数是电力电子领域研究的重大课题。本文研究高功率因数可逆PWM(Pulse Width Modulation)变换器及其控制策略,以三相两电平电压型可逆PWM变换器及二极管箝位型三电平(Three-level,TL)可逆PWM变换器作为研究对象。对三相两电平电压型PWM变换器和三电平电压型PWM变换器均采用电压空间矢量PWM(Space Vector PWM, SVPWM)调制方法,以获得网侧低电流谐波,提高直流侧电压利用率。 分析和研究了两电平三相电压型PWM变换器的工作原理及其控制策略。研究了空间矢量算法,提出了一种预分解矩阵的快速算法,避免了非线性算法,节省了DSP(Digital Signal Processor)的资源;在两相静止坐标系下,研究了两电平三相PWM变换器的预测电流控制,将预测电流控制算法和预分解SVPWM算法相结合,实现了DSP全数字控制的高频调制和快速控制,这对提高功率密度和减小整机体积重量有重要意义;在两相静止坐标下控制量是正弦的,系统是有静差的,直流侧电压也是有纹波的,故文中进而在同步旋转坐标系下研究了无电网电压控制策略,并提出了基于无电网电压传感器的一种新的控制算法。 研究了三电平三相电压型PWM变换器工作原理和数学模型,研究了三电平空间矢量的调制方法,将两电平预分解矩阵快速算法推广到三电平SVPWM,实现了三电平SVPWM的线性运算,提高了程序运行效率和工作矢量作用时间的精度;研究了三电平三相PWM变换器中点(Neutral Point, NP)电位平衡控制方法,提出了无电流传感器滞环控制策略,实现了中点电位平衡;提出了基于模糊控制的控制因子法,将之与SVPWM相融合,实现了冗余小矢量作用时间的智能选择,尽一步改善了中点电位在静态和动态状态下的平衡特性。 借鉴交流电机矢量控制策略,实现电流解耦。在同步旋转坐标系下设计三电平三相电压型PWM变换器和两电平三相PWM变换器的双闭环控制控制器。双环调节器都采用经典的PI调节器,解耦后的三电平PWM变换器和直流电机调速系统相似,因此文中借用直流电机调速系统的控制器设计思想,将变换器的模型作了合理的简化处理,研究了三电平三相PWM变换器的工程化设计方法,以缩短三电平变换器的设计及调试周期,避免了控制参数整定的盲目性。 基于整流和逆变运行状态的分析研究,研究了上述PWM变换器的可逆运行及转换状态原理和特性。基于电网电压定向矢量控制策略,两种整流器系统的可逆运行基理是一样的,电压调节器的输出正、负状态决定了变换器整流和逆变运行状态。 对上述研究内容进行了仿真和实验。研制了两电平三相PWM变换器和三电平三相PWM变换器实验样机。基于TI公司定点DSP芯片TMS320F2808,实现了PWM变换器的全数字控制。仿真和实验验证了所提出控制方法及控制算法的正确性。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TM46

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