三相PWM变流器建模与电磁暂态仿真研究

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近年来由于国家经济产业结构的调整,分布式电源在电力生产生活中的应用愈发增多。分布式电源在接入电网时总是需先经过变流器进行电能转换,由此导致电力网络中变流器的渗透率也愈发增高。变流器,尤其是三相PWM变流器是一种强非线性元件。其强非线性主要来源于其内部的开关元件。开关元件的导通与关断动作是非连续的间断动作。因此开关元件运行时会产生谐波并会随着变流器的接入而将其引入电网,从而导致电网电压幅值和频率的波动,继而威胁整个电网运行的稳定与安全。因此对变流器系统进行高效精准的建模仿真,以此来研究变流器的接入对电力网络的影响就显得十分必要。现如今国内外已经有很多优秀的关于变流器仿真模型及其相关问题研究的文献著作。但大多数对于变流器仿真模型的研究集中在DC-DC变流器,对于DC-AC变流器的研究较为稀少。于是为了细致地分析变流器的接入对电网运行的影响;为之后变流器结构优化设计、变流器接入系统的控制策略设计提供便利,对变流器,尤其是DC-AC变流器——三相PWM变流器在电磁暂态时间尺度下进行建模仿真就显得尤为必要。本文在现有理论的基础上提出了一种基于纹波精度控制的自适应三相PWM变流器仿真模型。该模型能够在确保变流器系统仿真具有一定精度的情况下,加快变流器系统仿真速度,提高仿真效率。本文所做的具体工作如下:一、阐述了变流器系统电磁暂态建模仿真的课题背景以及国内外与课题相关研究的现状;介绍了三相PWM变流器运行的基本原理、拓扑结构及其基本状态方程;介绍了变流器系统电磁暂态仿真的几种基本积分方法。为之后新型三相PWM变流器仿真模型的提出打下基础。二、阐述了目前应用于变流器系统电磁暂态仿真的主要建模思想。着重地介绍了平均建模理论,及其相关的几种典型的平均建模方法(其中包括了KBM平均法、零阶状态空间平均法、广义状态空间平均法、分段平均值法、分段广义状态空间平均法等)。对这几种典型仿真方法应用于三相PWM变流器系统电磁暂态仿真的适用性进行了评估。三、在KBM平均理论与分段理论的基础上,提出了一种基于纹波精度控制的自适应三相PWM变流器模型。该模型通过在两种模式中进行切换,来调整适应变流器系统不同的运行情况;通过设定纹波精度极限值来控制模型仿真的精确度。与传统模型相比,本文提出的模型能够更好的应用于三相PWM变流器系统的电磁暂态仿真。为以后的变流器系统仿真模型的研究提供了一种新思路。
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