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PWM整流器及其控制策略的研究

张兴  
【摘要】: 随着绿色能源技术的快速发展,PWM整流器技术已成为电力电子技术研究的热点和亮点。PWM整流器可成为理想的用电设备或电网与其它电气设备的接口,因为它可以实现无电网污染和可调整的功率因数。论文对电压型PWM整流器(VSR)和电流型PWM整流器(CSR)进行了深入的理论和应用研究,涉及其基本原理、数学建模、特性分析、控制策略、系统设计、参数计算以及应用等方面。作者在如下工作的基础上对PWM整流器的一些关键问题提出了自己的研究思路、观点和方法: ·根据PWM整流器网侧矢量关系,直观地描述了其四象限运行的基本原理及特征; ·定量分析了VSR、CSR的PWM换相过程及波形特征; ·引入等效变压器模型并详细分析了VSR、CSR基于d—q模型的动、静态特性; ·提出了满足四象限有功、无功运行指标时的VSR交流侧电感设计方法;并提出了依据控制系统跟随性和抗扰性性能指标设计VSR、CSR直流侧储能元件(电容、电感)的参数计算方法; ·在研究了VSR电流控制策略基础上,提出了影响VSR电流控制的几个要素,并进行了定量分析; ·根据VSR空间电压矢量的定义及分布,提出了基于规则控制的不定频滞环空间矢量PWM(SVPWM)电流控制策略,并由此提出了具有双滞环特性的不定频滞环优化SVPWM电流控制策略,有效地改进了滞环PWM电流控制性能。 ·在研究了两类电网不平衡时的VSR控制策略基础上,提出了一种新型的基于无阻尼振荡控制器的VSR不平衡控制策略,在简化控制结构的同时,有效地改善了电网不平衡时的VSR控制性能; ·通过二、三值逻辑开关函数间的转换,系统地描述了三相CSR三值逻辑PWM信号发生中的状态切换; ·结合三相CSR三值逻辑PWM信号发生规律,提出了通过调整矢量合成顺序而使功率管获得自然换相的低电压应力SVPWM控制,从而有效地降低了功率管的开关损耗。 以新疆自治区科技攻关项目“太阳能光伏并网逆变器的研究”为背景并作为VSR应用实例,论文工作中设计了一种新型的具有单相VSR拓扑结构和最大功率点跟踪(MPPT)控制的光伏并网逆变器,提出了一种加入“零矢量”调制的电流无差拍控制算法,并采用了变速积分PID调节器设计,该方法在并网逆变器获得良好动态性能的同时,还减少了网侧电流谐波。 在国家重大科学工程项目“HT—7U超导托卡马克核聚变实验装置”的支持下,论文工作设计了一种具有新型拓扑结构的“HT—7U”等离子体位移快控电源(FCPS)方案。该方案采用多组交—直—交电流型PWM交流器并联拓扑结构,并采用了移相PWM控制,从而较好地解决了负载线圈大电流快速响应的控制问题。另外,其中的CSR采用了低电压应力空间矢量PWM(SVPWM)控制,以进一步减小开关损耗。 论文中给出了初步的工程设计,仿真和实验验证了方案的正确性。


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