PWM整流器及其控制策略的研究

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导师姓名
张崇巍
学科专业
电力电子与电力传动
文献出处
合肥工业大学   2003年
关键词
整流器论文  控制论文  矢量论文  滞环论文  模型论文  拓扑论文
论文摘要

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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摘要

ABSTRACT

致谢

目录

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表格清单

第1章 绪论

1.1 PWM整流器概述

1.2 PWM整流器研究概况

1.3 本论文内容概述及创新点

第2章 PWM整流器拓扑结构及原理

2.1 基本原理及分类

2.1.1 PWM整流器原理概述

2.1.2 PWM整流器分类及拓扑结构

2.2 电压型PWM整流器(VSR)PWM分析

2.2.1 单相VSR PWM分析

2.2.2 三相VSR PWM分析

2.3 电流型PWM整流器(CSR)PWM分析

2.3.1 单相CSR PWM分析

2.3.2 三相CSR PWM分析

第3章 电压型PWM整流器(VSR)

3.1 三相VSR建模及动、静态分析

3.1.1 三相VSR一般数学模型

3.1.2 三相VSR dq模型的建立

3.1.3 三相VSR dq模型的动、静态分析

3.2 三相VSR控制系统设计

3.2.1 电流内环控制系统设计

3.2.2 电压外环控制系统设计

3.2.3 VSR交流侧电感设计

3.2.4 VSR直流侧电容设计

第4章 VSR电流控制技术

4.1 VSR间接电流控制

4.1.1 三相VSR静态间接电流控制

4.1.2 三相VSR动态间接电流控制

4.2 VSR直接电流控制

4.2.1 固定开关频率PWM电流控制

4.2.2 滞环PWM电流控制

4.3 影响三相VSR电流控制要素分析

4.3.1 三相VSR网侧电流的时域描述

4.3.2 PWM“开关死区”效应及影响

4.3.3 三相VSR直流电压对网侧电流波形的影响

第5章 VSR空间矢量PWM(SVPWM)控制

5.1 SVPWM一般问题讨论

5.1.1 三相VSR空间矢量分布

5.1.2 空间电压矢量的合成

5.1.3 SVPWM与SPWM控制的比较

5.1.4 VSR空间电压矢量的几何描述

5.2 三相VSR空间电压矢量PWM(SVPWM)控制

5.2.1 基于不定频滞环的SVPWM电流控制

5.2.2 基于定频滞环的SVPWM电流控制

5.2.3 跟踪指令电压矢量的SVPWM电流控制

第6章 三相VSR的其他控制策略

6.1 无交流电动势、电流传感器控制

6.1.1 三相VSR无交流电动势传感器控制

6.1.2 三相VSR无交流电流传感器控制

6.2 电网不平衡时的三相VSR控制

6.2.1 电网不平衡时的三相VSR基本问题

6.2.2 电网不平衡时的三相VSR控制

第7章 电流型PWM整流器(CSR)建模及控制

7.1 三相CSR建模

7.1.1 三相CSR一般数学模型的建立

7.1.2 三相CSR dq模型的建立

7.1.3 三相CSR dq模型的改进

7.2 三相CSR dq模型的动、静态分析

7.2.1 三相CSR dq等值电路描述

7.2.2 三相CSR静态特性分析

7.2.3 三相CSR动态特性分析

7.3 三相CSR PWM信号发生技术

7.3.1 三值逻辑PWM信号发生

7.3.2 三值逻辑空间矢量PWM信号发生

7.3.3 三相CSR PWM电流利用率

7.3.4 低电压应力三值逻辑PWM信号发生

7.4 电流型PWM整流器(CSR)控制系统设计

7.4.1 单相CSR控制系统设计

7.4.2 三相CSR控制系统设计

7.4.3 三相CSR主电路参数设计

第8章 PWM整流器应用

8.1 可再生能源并网发电

8.1.1 概述

8.1.2 光伏并网逆变器及其控制

8.1.3 风力发电机并网及其控制

8.2 “HT-7U超导托卡马克核聚变实验装置”等离子体位移快控电源(FCPS)的研究

8.2.1 概述

8.2.2 移相PWM原理

8.2.3 控制系统构成及设计

8.2.4 主电路参数设计

8.2.5 工程样机的初步设计

8.2.6 原理样机及实验

8.2.7 实验结果与分析

8.2.8 结论与建议

第9章 总结

9.1 论文所做的研究工作

9.2 今后研究工作的建议

参考文献

攻读博士期间发表的学术论文

攻读博士期间参加的科研项目

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