本文關(guān)鍵詞：三相電流型PWM整流器的控制與應(yīng)用

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【摘要】：伴隨著一系列綠色能源的興起,PWM整流技術(shù)占據(jù)了電力電子研究領(lǐng)域不可或缺的地位。作為連接電網(wǎng)和用電設(shè)備之間的重要變流裝置,PWM整流器盡量達到降低諧波污染、可調(diào)功率因數(shù)的目標(biāo)。按照拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來看,大致有電壓型(VSR)和電流型PWM整流器(CSR)兩種。目前VSR的研究已經(jīng)較為成熟,而CSR在交流側(cè)增加了LC濾波環(huán)節(jié),并且采用大電感進行儲能,這使得CSR控制對象的耦合性和非線性更強,并且增加了系統(tǒng)階次,提高了CSR對象的控制難度。因此,一些成熟的VSR的控制策略不能簡單地引入到CSR的控制上來。由于CSR具有輸入功率因數(shù)可調(diào)、諧波電流抑制、短路保護和降壓等優(yōu)點,它很適合應(yīng)用于某些工業(yè)現(xiàn)場(如感應(yīng)加熱、大功率金屬工業(yè)和電化學(xué)產(chǎn)業(yè)等),因此,CSR控制策略和應(yīng)用領(lǐng)域的研究是十分必要和有價值的。本文以三相CSR為研究對象,對其進行了數(shù)學(xué)建模、調(diào)制技術(shù)、控制策略和應(yīng)用領(lǐng)域等幾大方面的分析研究,具體完成的工作如下：首先,對比三相VSR與三相CSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的異同,分析了三相CSR的工作原理。分別建立了三相靜止、兩相靜止和兩相旋轉(zhuǎn)3種坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型,目的是為后續(xù)章節(jié)的研究提供理論基礎(chǔ)。接著,介紹了電流型PWM整流器的調(diào)制技術(shù)。以正弦脈寬調(diào)制(SPWM)為例,闡述了PWM信號的發(fā)生過程。又進一步研究了基于空間矢量調(diào)制(SVPWM)方法,并且在Matlab仿真平臺進行了CSR雙環(huán)解耦SVPWM的仿真,還與SPWM調(diào)制方式進行了仿真對比分析。然后,分別進行了三相CSR的間接電流控制、直接電流控制、瞬時功率控制和離散化狀態(tài)解耦控制共4種控制策略研究。具體闡述了每種控制策略的工作原理,給出其Matlab/Simulink的仿真模型,并將它們的仿真結(jié)果進行對比分析,從而可以直觀準(zhǔn)確地比較每種控制方法的特點,以期實現(xiàn)最優(yōu)控制目標(biāo),提高了系統(tǒng)的運行效率及可靠性。最后,選取了光伏并網(wǎng)系統(tǒng)和超導(dǎo)儲能系統(tǒng)兩個三相CSR的應(yīng)用場合。針對前者,具體闡述了最大功率點跟蹤(MPPT)技術(shù)原理,MPPT采用擾動觀測的實現(xiàn)方法,其控制部分采用直接電流控制策略,探究了在不同屬性的負(fù)載和并網(wǎng)條件下三相電流型PWM逆變器(CSI)的工作性能。針對后者,建立了超導(dǎo)儲能系統(tǒng)所用的電流型變流器(CSC)的數(shù)學(xué)模型,采用離散化狀態(tài)反饋控制策略,著眼于控制系統(tǒng)的動態(tài)性能仿真,并對結(jié)果作出分析。本文創(chuàng)新點在于：改進了傳統(tǒng)的狀態(tài)反饋控制,對其進行了離散化處理,實現(xiàn)了對CSC進行獨立地有功、無功功率四象限調(diào)節(jié)控制,并且全面地綜合比較了在相同外部條件下三相CSR不同控制策略的仿真效果。
【關(guān)鍵詞】：三相電流型PWM整流器 SVPWM調(diào)制技術(shù) 電流控制 離散化狀態(tài)反饋控制 光伏并網(wǎng)系統(tǒng) 超導(dǎo)儲能系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：上海電力學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM461
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 1 緒論11-15
• 1.1 課題研究背景11
• 1.1.1 課題來源11
• 1.1.2 整流器的作用與發(fā)展11
• 1.1.3 PWM整流器的研究意義11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 三相CSR控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與類別11-12
• 1.2.2 三相CSR控制方法發(fā)展與分析12-13
• 1.2.3 PWM整流器的調(diào)制算法分析13
• 1.2.4 PWM整流器的應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展趨勢13-14
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容與創(chuàng)新點14-15
• 1.3.1 研究內(nèi)容14
• 1.3.2 創(chuàng)新點14-15
• 2 三相電流型PWM整流器的工作原理15-19
• 2.1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分析15
• 2.2 數(shù)學(xué)建模的建立15-18
• 2.2.1 三相靜止abc坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型16
• 2.2.2 兩相靜止αβ坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型16-17
• 2.2.3 兩相旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型17-18
• 2.3 本章小結(jié)18-19
• 3 三相電流型PWM整流器的信號調(diào)制技術(shù)19-34
• 3.1 三值開關(guān)邏輯函數(shù)19-20
• 3.2 三相CSR的脈沖調(diào)制信號切換20-21
• 3.3 三相CSR調(diào)制信號解耦預(yù)處理21-24
• 3.4 空間電流矢量調(diào)制技術(shù)24-27
• 3.4.1 SVPWM調(diào)制的基本原理24-25
• 3.4.2 SVPWM調(diào)制的主要步驟25-27
• 3.5 SVPWM調(diào)制的Matlab仿真模型27-32
• 3.6 仿真結(jié)果與分析32-33
• 3.7 本章小結(jié)33-34
• 4 三相電流型PWM整流器的控制策略研究34-53
• 4.1 間接電流控制策略34-37
• 4.1.1 基本控制原理34-36
• 4.1.2 仿真模型的搭建36-37
• 4.2 直接電流控制策略37-40
• 4.2.1 基本控制原理37-38
• 4.2.2 電流內(nèi)環(huán)控制器的參數(shù)設(shè)計38
• 4.2.3 電流外環(huán)控制器的參數(shù)設(shè)計38-39
• 4.2.4 仿真模型的搭建39-40
• 4.3 瞬時功率控制策略40-44
• 4.3.1 基本控制原理40-41
• 4.3.2 諧振控制器設(shè)計41-43
• 4.3.3 仿真模型的搭建43-44
• 4.4 離散化狀態(tài)反饋解耦控制基本原理44-48
• 4.4.1 延時補償環(huán)節(jié)的設(shè)計45-46
• 4.4.2 誤差補償環(huán)節(jié)的設(shè)計46-47
• 4.4.3 仿真模型的搭建47-48
• 4.5 仿真分析48-52
• 4.6 本章小結(jié)52-53
• 5 電流型PWM變流器在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用53-74
• 5.1 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)概述53-54
• 5.2 光伏電池的基本原理54-62
• 5.2.1 光伏電池的建模54-56
• 5.2.2 光伏電池模型仿真分析56-58
• 5.2.3 最大功率點跟蹤(MPPT)技術(shù)58-59
• 5.2.4 MPPT技術(shù)的仿真分析59-62
• 5.3 電流型逆變器的基本原理62-70
• 5.3.1 逆變器的數(shù)學(xué)建模62-64
• 5.3.2 逆變器的直接電流控制策略64-66
• 5.3.3 系統(tǒng)控制的參數(shù)設(shè)計66-68
• 5.3.4 仿真模型的搭建68-70
• 5.4 仿真分析70-73
• 5.5 本章小結(jié)73-74
• 6 電流型PWM整流器在超導(dǎo)磁儲能系統(tǒng)中的應(yīng)用74-87
• 6.1 超導(dǎo)磁儲能系統(tǒng)概述74-75
• 6.2 SMES用變流器的基本工作原理75-78
• 6.3 SMES電流型變流器的狀態(tài)反饋控制策略78-82
• 6.4 仿真分析82-85
• 6.5 本章小結(jié)85-87
• 7 總結(jié)與展望87-89
• 7.1 總結(jié)87
• 7.2 展望87-89
• 參考文獻89-91
• 致謝91-92
• 攻讀學(xué)位期間取得的研究成果92

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本文編號：939266