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基于直接功率控制的三相电压型PWM整流器研究

陶春阳  
【摘要】:PWM整流器由于其谐波含量低、能量可双向流动、输出电压稳定可调在各种变流装置、铁路、电网以及日常生活中得到了广泛应用。控制算法的优劣对整个系统的动态响应速度、稳态误差以及网侧谐波含量等有很大影响,因此具有一定的研究价值。本文的研究对象为三相电压型PWM整流器,目标在于改善电流质量,提高系统动静态性能。具体工作内容包括:在不同坐标系下对PWM整流器进行建模分析,给出了双环的设计方法,通过对电流进行解耦,解决电流之间存在交叉耦合的问题,并建立双闭环控制系统。在Simulink平台上搭建其相应的仿真模型,结果表明设计好的系统具有良好的动、静态性能,为后续研究其控制算法提供了基础。结合瞬时功率理论,在αβ坐标系下建立了传统的直接功率控制(DPC)系统。该算法动态响应快,但由于滞环比较器的非线性,并且没有确定的开关频率,导致无功功率出现较大波动。基于此,将模型预测控制(MP-DPC)算法应用到直接功率控制中,用SVM代替了传统直接功率所用的开关矢量表,实现了定频控制,解决了滤波器设计困难的问题。仿真结果表明模型预测控制不仅保留了动态响应快速的优点,而且对负载及电路参数变化不敏感,有很强的抗干扰以及自适应能力。对三电平PWM整流固定开关频率的直接功率控制系统进行研究,在Simulink平台上建立了对应的仿真模型,研究了三电平SVM策略,并分析了各空间矢量对中点电位的影响。仿真结果表明与内环采用直接电流控制相比,直接功率控制算法基于瞬时功率理论,在相同开关频率下,谐波含量小,抗干扰能力强。对三相电压型PWM整流器软硬件平台进行设计,同时给出了电感参数的选择方法,搭建了以TMS320F28335 DSP为主控制器的小功率实验平台。并对相应的控制算法进行实验,验证算法的可行性和有效性。


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