三相电压源PWM整流器控制技术研究

【摘要】：随着现代电力电子技术、微电子技术以及计算机技术的发展,以PWM(Pulse Width Modulation)技术为基础的功率变换装置得到了越来越广泛的应用。PWM整流具有高功率因数、低谐波污染、能量双向流动、小容量储能环节、恒定直流电压控制等优点,在电力系统有源滤波、无功补偿、潮流控制、太阳能发电以及交直流传动系统等领域,具有越来越广阔的应用前景。本文围绕PWM整流中的三相VSR(Voltage Source Rectifier)展开了研究,主要完成了如下的工作: 1、从三相VSR主电路拓扑结构出发,建立了基于三相静止坐标系以及两相同步旋转坐标系的系统模型。在系统模型分析的基础上,阐述了三相VSR电压控制外环和电流控制内环的双闭环控制基本原理和空间矢量脉宽调制技术在三相VSR中的应用。根据空间电压矢量和电流流向,提出了一种新的换流分析方法,将一个电网周期内稳态运行时的三相VSR分为12种工作状态,给出了各工作状态中对应的开关矢量和交流侧电感、直流电容以及负载的电流变化,对深入研究三相VSR,进一步完善其控制技术有积极的意义。 2、根据系统控制模型,给出了三相VSR双环控制系统中电流内环和电压外环的设计方法。网侧电感的设计一直是三相VSR系统设计的难点,本文提出了一种基于功率给定和抑制电流波动的网侧电感设计方法。并采用MATLAB/Simulink和Synopsys公司的SaberDesigner软件分别构建了三相VSR仿真平台,仿真实验证明了建模的正确性。其中基于SaberDesigner的仿真平台能构造基于元件级的实际物理模拟行为模型,对电路在实际应用中可能遇到的各种情况,如温度变化、各部件参数漂移、开关损耗、导通和关断时间等,进行仿真模拟,尤其适合数字化控制系统和实际电路的混合仿真。为了提高系统动态性能,本文把专家系统控制和模糊逻辑控制引入到三相VSR的电压外环控制中,优化控制算法很好地改善了系统的性能。 3、分析和推导了一种新的无电压幅值和相位检测的系统模型重构方案。在不改变主电路拓扑结构的情况下,可大大的简化系统控制,具有理论和工程应用价值。 4、三相电网电压不平衡在电力系统中是一个比较常见的问题,本文对电网三相不平衡输入情况下,三相VSR模型、优化控制策略、正负序分量的检测、同步坐标变换以及正负序同步旋转坐标轴的各种定向方法进行了推导和分析。提出了基于同步旋转坐标系的三维复空间瞬时功率定义方法,可以很好的解释三相VSR控制中各瞬时功率分量,适合于三相VSR不平衡控制和功率分析。同时对传统正负 WP=4 序分量瞬时计算方法和正负序同步旋转坐标轴定向方法进行了改进。针对各种优化的控制方法,进行了仿真实验,给出了各种控制方案下的实验波形和实验数据,为三相VSR在电网不平衡情况下的分析和研究打下了很好的基础。 5、搭建了三相VSR物理实验平台。在该实验平台上,完成了二极管不控整流、三相VSR基本控制原理、三相VSR输入电压幅值和相位重构等实验。通过实验验证了验证了能量传递过程、三相VSR性能、模型重构等方面的结论。