本文關(guān)鍵詞：三相電壓型PWM整流器控制策略研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著科學技術(shù)的進步,電力電子設備在國民生活中得到普遍的使用,其輸出的無功功率和高頻諧波對電網(wǎng)造成的“污染”日益增多,影響了輸電線路的電能質(zhì)量。PWM整流器采用全控型開關(guān)器件,可實現(xiàn)整流器的單位功率因數(shù)運行,具有電能雙向流通和較低的電流THD%的優(yōu)點,使“綠色”電能變換成為可能。PWM整流器在UPS不間斷電源、柔性交流輸電系統(tǒng)(AFG、SVG、UPFC)、特高壓直流輸電、新能源并網(wǎng)發(fā)電、超導儲能、電氣傳動等方面擁有廣泛應用前景。控制算法是PWM整流器的核心環(huán)節(jié),其決定整流器性能的優(yōu)劣,本文針對控制算法進行改進,具體內(nèi)容如下:首先,基于兩相旋轉(zhuǎn)坐標系,建立三相電壓型PWM整流器的VSR dq數(shù)學模型。著重分析基于VSR dq數(shù)學模型的電流閉環(huán)PI矢量控制原理與直接功率控制原理,包括PI控制系統(tǒng)設計和參數(shù)設定、DPC的瞬時功率計算與VSR的并網(wǎng)策略等內(nèi)容。隨后對VSR的直流側(cè)電容與濾波電感的參數(shù)設置加以分析。其次,當負載功率波動以及電網(wǎng)的THD%較大時,傳統(tǒng)的電流閉環(huán)PI矢量控制難以滿足整流器的性能要求。因此采用負載電流前饋的方法能夠及時反映負載功率變化,使VSR及時進行功率調(diào)整,減小直流電壓波動。但前饋控制要求電流內(nèi)環(huán)具有很快的響應速度,因此采用基于PID趨近律的滑模變結(jié)構(gòu)控制,該方案不但具有響應速度快和抑制電網(wǎng)諧波擾動的能力,還能夠充分抑制滑模變結(jié)構(gòu)控制的“抖振”,提高控制的穩(wěn)定性。MATLAB仿真結(jié)果表明本文提出的優(yōu)化方案能夠有效解決負載功率非周期性劇烈變化以及電網(wǎng)諧波干擾所引起的電壓波動和電流THD%過大的問題,使VSR具有良好的性能指標。再次,介紹模型預測功率控制(MPDPC)原理及其開關(guān)表的電壓矢量選擇規(guī)律。MPDPC是將模型預測控制(MPC)與直接功率控制(DPC)相結(jié)合的方案,能有效地解決控制過程中的不確定性和非線性問題,易于處理過程中被控變量與操縱變量的各種約束條件,解決DPC靜態(tài)功率紋波問題。但整流器負載功率變化較大時,直流電壓和交流輸入功率的波動較大、調(diào)整時間長。其原因是目標函數(shù)設置不合理,導致VSR功率變化時,控制變量間產(chǎn)生相互干擾,影響整流器性能。本文提出在目標函數(shù)中加入權(quán)衡因子的策略,有效的解決了負載功率變化時,變量間的控制干擾問題。MATLAB仿真結(jié)果表明加入權(quán)衡因子MPDPC的電壓、功率波動小,取得了預期的效果。最后,建立整流器的多功能實驗平臺,設計與編寫軟件算法。兩種控制方案的實驗結(jié)果均取得了預期的控制效果,進一步驗證了本文提出的控制理論與仿真驗證的正確性。
【關(guān)鍵詞】：PWM整流器 負載電流前饋控制 滑模變結(jié)構(gòu)控制 模型預測功率控制 目標函數(shù)
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM461
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 課題研究背景與意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外PWM整流器研究現(xiàn)狀11-15
• 1.3 論文研究目的與主要內(nèi)容15-18
• 第二章 三相電壓型PWM整流器的基本原理18-34
• 2.1 三相PWM整流器基本原理與數(shù)學模型18-22
• 2.1.1 三相PWM整流器基本原理18-19
• 2.1.2 PWM整流器的一般數(shù)學模型19-20
• 2.1.3 VSR在兩相 旋轉(zhuǎn)坐標系下的dq數(shù)學模型20-22
• 2.2 VSR控制系統(tǒng)22-26
• 2.2.1 電流內(nèi)環(huán)設計22-24
• 2.2.2 電壓外環(huán)設計24-26
• 2.3 直接功率控制26-28
• 2.3.1 基于電壓定向的直接功率控制26-27
• 2.3.2 基于虛擬磁鏈定向的直接功率控制27-28
• 2.4 PWM整流器的參數(shù)設計28-32
• 2.4.1 交流側(cè)電感設計28-30
• 2.4.2 直流側(cè)電容設計30-32
• 2.5 本章小結(jié)32-34
• 第三章 VSR負載電流前饋與滑模變結(jié)構(gòu)控制研究34-48
• 3.1 滑模變結(jié)構(gòu)控制簡介34-35
• 3.2 滑模變結(jié)構(gòu)控制的基本原理與抖振問題35-38
• 3.2.1 滑模變結(jié)構(gòu)控制基本原理35-36
• 3.2.2 滑模變結(jié)構(gòu)控制的抖振問題36-38
• 3.3 基于PID趨近律的滑模變結(jié)構(gòu)電流控制38-40
• 3.3.1 PID趨近律設計38-39
• 3.3.2 整流器電流內(nèi)環(huán)控制器設計39-40
• 3.4 負載電流前饋控制40-42
• 3.5 MATLAB仿真研究42-47
• 3.5.1 仿真設計42-44
• 3.5.2 實驗波形比較44-47
• 3.6 本章總結(jié)47-48
• 第四章 VSR模型預測功率控制研究48-60
• 4.1 模型預測控制簡介48-49
• 4.2 模型預測功率控制基本原理49-52
• 4.2.1 PWM整流器的MPDPC模型49-50
• 4.2.2 MPDPC開關(guān)表50-52
• 4.3 改進型MPDPC控制52-54
• 4.3.1 目標函數(shù)的改進52-54
• 4.3.2 矢量作用時間的計算54
• 4.4 MATLAB仿真研究54-58
• 4.4.1 仿真設計54-55
• 4.4.2 仿真波形55-58
• 4.5 本章總結(jié)58-60
• 第五章 實驗設計與分析60-74
• 5.1 系統(tǒng)硬件設計60-66
• 5.1.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設計60-61
• 5.1.2 DSP+FPGA控制器設計61-63
• 5.1.3 相關(guān)電路板設計63-66
• 5.2 系統(tǒng)軟件設計66-69
• 5.2.1 主程序與采樣中斷程序設計66-67
• 5.2.2 負載電流前饋與基于PID趨近律的滑模變結(jié)構(gòu)控制程序設計67-68
• 5.2.3 改進型MPDPC控制程序設計68-69
• 5.3 實驗結(jié)果與分析69-72
• 5.3.1 負載電流前饋與基于PID趨近律的滑模變結(jié)構(gòu)控制實驗分析69-70
• 5.3.2 MPDPC控制實驗分析70-72
• 5.4 本章總結(jié)72-74
• 第六章 總結(jié)與展望74-77
• 6.1 總結(jié)74-75
• 6.2 展望75-77
• 致謝77-78
• 參考文獻78-82
• 攻讀碩士研究生期間的學術(shù)成果82

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本文編號：267139