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双PWM变换器协调控制研究

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导师姓名
万健如
学科专业
电力电子与电力传动
文献出处
天津大学   2011年
关键词
整流器论文  控制论文  双变换器论文  功率前馈论文  负载功率估算论文  直接电容功率控制论文  协调控制论文
论文摘要

基于双PWM变换器的调速系统因其网侧电流近似正弦。功率因数可控和能实现能量的双向流动等特性而受到广泛关注。本文以双PWM变换器为研究对象,针对该技术目前存在的问题,从理论分析。计算机仿真和实验样机验证三个方面进行了深入的研究。本文的主要内容和创新点:针对网侧PWM整流器的功能和特点,根据瞬时功率理论,建立了网侧PWM整流器的功率数学模型,对PWM整流器的瞬时功率流向进行了分析。分析了传统PWM整流器直接功率控制(Direct Power Control,DPC)系统中开关矢量的作用原理,指出传统PWM整流器DPC系统在靠近基本电压矢量的地方容易出现无功功率失控现象,导致网侧电流和直流电压出现较大波动。基于PWM整流器功率数学模型,设计了一种18扇区空间矢量划分方法,并得出了相应的开关矢量选择表,克服了传统PWM整流器DPC系统对无功功率控制的缺陷,获得了良好的稳态和动态效果。对基于负载功率前馈的双PWM变换器协调控制进行了研究,分析了功率前馈补偿原理和两种典型的功率前馈控制方式的动态响应,指出采用负载功率预测实现功率前馈时,通过合理选择控制器参数,可使直流母线电压不受负载功率指令的影响;分析了功率估算误差对直流母线电压波动的影响,指出当功率估算误差较小时,基于预测功率前馈的双PWM变换器具有较好抑制直流母线电压波动的能力。此外,对永磁同步电机矢量控制方式进行了分析,给出了预测功率的计算方法。为了提高直流母线电压动态响应速度,抑制直流母线电压的波动,选择直接电容功率控制方法作为研究对象,并分析了传统前馈控制方法的不足。在对双PWM变换器进行小信号模型分析的基础上,设计了一种基于直接电容功率控制的双PWM变换器协调控制方法,该方法用电容功率控制环代替网侧PWM整流器有功功率控制环,通过直接控制电容瞬时功率为零实现双PWM变换器的解耦控制。在传统负载功率的估算中,估算精度受电机参数影响较大,为此,本文设计了一种负载功率观测器,该方法只需测量整流器输出电流和直流母线电压,即可实现对逆变器输入功率的估算。

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摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 双PWM 变换器的研究现状

1.2.1 主电路拓扑结构的研究

1.2.2 双PWM 变换器控制策略的研究及发展趋势

1.3 双PWM 变换器调速系统存在的问题

1.4 主要研究内容及全文安排

第二章 双PWM 变换器的工作原理及数学模型

2.1 双PWM 变换器拓扑结构

2.2 电压型PWM 整流器工作原理

2.3 双PWM 变换器数学模型

2.3.1 PWM 整流器数学模型

2.3.2 永磁同步电机数学模型

2.4 双PWM 变换器功率流动分析

2.4.1 双PWM 变换器功率流动数学模型

2.4.2 双PWM 变换器工作原理

2.5 本章小结

第三章 PWM 整流器直接功率控制研究

3.1 传统PWM 整流器DPC 控制

3.1.1 传统DPC 控制系统结构及工作原理

3.1.2 电源电压矢量扇区划分

3.1.3 传统PWM 整流器DPC 开关矢量表形成机理

3.1.4 传统PWM 整流器DPC 系统存在的问题

3.2 基于新开关矢量表PWM 变换器DPC 控制

3.2.1 开关矢量对有功功率作用机理研究

3.2.2 开关矢量对无功功率作用机理研究

3.2.3 新空间划分方案和新开关矢量表

3.3 PWM 变换器DPC 控制器设计

3.3.1 PWM 变换器DPC 控制系统结构

3.3.2 PWM 变换器DPC 控制系统设计

3.4 对比仿真验证

3.4.1 电阻负载下的仿真对比

3.4.2 改进DPC 系统在反电势负载下的仿真

3.5 本章小结

第四章 基于负载功率前馈双PWM 变换器协调控制

4.1 功率前馈补偿原理

4.2 双PWM 变换器功率前馈控制的动态响应分析

4.3 负载功率估算

4.3.1 常用功率估算方法

4.3.2 永磁同步电机瞬时功率指令估算

4.4 基于负载功率前馈双PWM 变换器控制

4.5 仿真分析

4.6 本章小结

第五章 基于直接电容功率控制双PWM 变换器协调控制

5.1 双PWM 变换器直接电容功率控制原理

5.1.1 传统前馈控制方法的不足

5.1.2 基于直接电容功率控制双PWM 变换器控制方法

5.1.3 基于直接电容功率控制双PWM 变换器控制系统

5.1.4 功率前馈解耦PWM 整流器控制

5.2 基于观测器模型功率估计方法

5.3 对比仿真及分析

5.4 本章小结

第六章 实验设计及结果分析

6.1 硬件电路设计

6.1.1 主电路设计

6.1.2 控制电路设计

6.1.3 实验装置

6.2 软件程序设计

6.2.1 PWM 变换器DPC 控制程序设计

6.2.2 双PWM 变换器协调控制程序设计

6.3 主电路参数设计

6.3.1 交流侧电感的选择

6.3.2 直流侧电容的设计

6.4 实验结果分析

6.4.1 PWM 整流器实验结果及分析

6.4.2 双 PWM 变换器实验结果及分析

6.5 本章小结

第七章 总结与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢

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