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电流型PWM整流器及其非线性控制策略的研究

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导师姓名
李和明  彭咏龙
学科专业
电力电子与电力传动
文献出处
华北电力大学(河北)   2009年
关键词
电流型整流器论文  非线性控制论文  不平衡论文  环流模型论文  均流论文
论文摘要

随着功率开关器件的进步,大量的电力电子变流装置在国民经济各领域获得了广泛应用,但是这些变流装置大部分都需要整流环节。传统的不控整流或相控整流存在网侧功率因数低、电流畸变严重等缺点。PWM整流器可实现正弦的网侧电流、单位或可调的功率因数、能量的双向流动,是一种真正意义上的“绿色环保”电力电子装置。PWM整流器可分为电压型PWM整流器(Voltage-Source Rectifier,VSR)和电流型PWM整流器(Current-Source Rectifier,CSR)。CSR具有直接控制输出电流、动态响应快、限流能力强等特点,在一些中、大功率应用场合,较之VSR,在经济和技术上更具优势。本文针对电网电压平衡、不平衡情况、多模块直接并联几个方面,对三相CSR及其控制策略展开了深入研究,论文的主要工作和取得的创新性成果如下:1、在电网电压平衡情况下,提出了三相CSR的直流电流非线性解耦控制策略和交流电流非线性解耦控制策略,实现了有功功率和无功功率的独立、解耦控制,获得了线性的动态响应。直流电流非线性解耦控制策略是直流电流控制和网侧无功电流控制并行的控制策略,具有较快的直流电流响应速度;交流电流非线性解耦控制策略是直流电流(或电压)控制和网侧电流控制级联的控制策略,具有结构简单,便于独立设计直流和交流控制器的特点。2、考虑了电网电压不平衡和滤波器参数三相不对称的情况,提出了基于瞬时有功功率调节的三相CSR的不平衡补偿策略,消除了直流电流脉动分量,实现了网侧可控的功率因数和正弦的交流电流;提出了基于滑模控制的交流电流控制策略,简化了控制器结构,实现了对网侧电流的无差跟踪。3、建立了多模块直接并联CSR的环流模型;对任一并联模块,提出了总直流电流控制器外加2个均流控制器的直流侧控制器结构,保证了流过各模块上、下桥臂的电流均相等,并且各模块仅共享总直流电流控制器输出信号,最大可能地保证了各模块控制的独立性。4、建立了三相CSR实验系统,进行了初步的实验研究。

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中文摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.1.1 谐波危害

1.1.2 谐波抑制

1.1.3 电流型 PWM 整流器和电压型 PWM 整流器的比较

1.2 电流型PWM 整流器的研究现状和发展趋势

1.2.1 电流型PWM 整流器的电流控制策略

1.2.2 不平衡控制策略

1.2.3 大功率拓扑及均流控制

1.2.4 CSR 的应用前景

1.3 论文的主要工作

第二章 三相 CSR 的数学模型及调制技术

2.1 三相CSR 的数学模型

2.1.1 三相静止坐标系下的数学模型

2.1.2 两相静止坐标系下的数学模型

2.1.3 两相旋转坐标系下的一般数学模型

2.2 三相 CSR 的调制技术

2.2.1 基于载波调制的三逻辑PWM 调制技术

2.2.2 三相CSR 空间矢量PWM 调制技术

2.3 本章小结

第三章 三相 CSR 的非线性控制

3.1 输入/输出精确线性化

3.1.1 相关数学工具

3.1.2 单输入单输出系统的精确线性化

3.1.3 零动态子系统

3.1.4 多输入/多输出系统的精确线性化

3.2 三相CSR 的输入/输出精确线性化

3.2.1 电流源负载

3.2.1.1 直流电流控制

3.2.1.2 交流电流控制

3.2.2 电压源负载

3.3 仿真实验

3.3.1 电流源负载

3.3.2 电压源负载

3.4 本章小结

第四章 三相 CSR 的不平衡控制策略

4.1 电压不平衡对整流器的影响

4.1.1 对整流器直流侧的影响

4.1.2 对整流器交流侧的影响

4.2 基于网侧矢量合成的不平衡补偿

4.3 基于整流器输入瞬时功率的不平衡补偿

4.3.1 三相CSR 内部的功率平衡

4.3.1.1 有功功率平衡

4.3.1.2 无功功率平衡

4.3.2 不平衡补偿

4.3.2.1 指令电流计算

4.3.2.2 序分量的提取

4.3.2.3 几点讨论

4.3.3 滤波器阻抗参数不对称情况下的补偿

4.3.3.1 参数不对称对CSR 的影响

4.3.3.2 考虑参数不对称的不平衡补偿

4.4 基于滑模控制的交流电流控制器设计

4.4.1 滑模变结构控制简介

4.4.2 基于滑模变结构控制的交流电流控制器设计

4.5 仿真实验

4.5.1 合成矢量补偿法

4.5.2 整流器输入瞬时功率补偿

4.6 本章小结

第五章 多模块直接并联变流器的环流模型及其均流控制

5.1 多模块直接并联变流器的开关调制技术

5.1.1 载波相移SPWM 技术

5.1.2 相移SVPWM 技术

5.1.3 多电平空间矢量调制技术

5.2 多模块直接并联变流器的环流模型

5.2.1 均流电感对电流分布的影响

5.2.2 两模块并联变流器的直流等值电路

5.2.3 环流的定义

5.2.4 两模块并联变流器的环流模型

5.2.5 N 个模块直接并联变流器的环流模型

5.2.6 环流模型的验证

5.3 多模块直接并联变流器的均流控制

5.3.1 两模块并联变流器的均流控制原理

5.3.2 两模块并联变流器的控制系统设计

5.3.3 仿真实验

5.4 本章小结

第六章 三相 CSR 的实验研究

6.1 主电路参数设计

6.1.1 交流侧LC 滤波器设计

6.1.2 直流储能电感的设计

6.1.3 实验系统主电路参数

6.2 控制系统设计

6.2.1 硬件电路

6.2.2 软件流程

6.3 实验结果

6.4 本章小结

第七章 结论和展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间参加的科研工作及学术论文发表

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