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电流型PWM整流器及其控制策略的研究

李玉玲  
【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


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