电流型多电平PWM整流器控制策略的研究

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电流型多电平PWM整流器具有输出功率大、开关频率低、网侧电流谐波小以及直流电压低于网侧电压峰等优点,有效解决了当前电力电子器件功率处理能力与开关频率之间的矛盾关系,在电动汽车充电桩、感应加热等大功率场合有着显著优势。另外,随着近些年来超导储能技术的不断发展,解决了电感储能问题,因此电流型多电平PWM整流器有着广阔的应用前景。结合以上优点,本文针对三相电流型五电平PWM整流器进行了深入的分析和研究。本文主要研究内容如下:首先,分析了三相电流型五电平PWM整流器的拓扑结构和工作原理,深入研究了其数学模型和基于60°坐标系空间矢量调制(SVPWM)原理以及实现过程。针对均流电感电流不平衡问题,提出了合理分配冗余开关组合作用时间和作用顺序的方法,保证了各整流单元的直流侧电流平衡。然后,针对三相电流型五电平PWM整流器控制系统的动态性能和鲁棒性以及网侧LC滤波器谐振尖峰等问题,对其控制策略进行了深入研究。提出了电流内环采用预测电流控制和有源阻尼复合控制,外环采用直流电流平方可调功率因数的PI控制器。有源阻尼控制的加入在不产生额外功率损耗的前提下抑制了LC谐振引起的网侧电流畸变和系统振荡。系统的动态响应速度和稳定性得到了明显的改善。在Matlab/Simulink中将本文提出的控制算法与传统PI双闭环进行了对比仿真,验证了复合控制良好的控制效果。最后,搭建了一个基于PC/104工控板和FPGA数字化控制的三相电流型五电平PWM整流器实验平台。完成了PC/104工控板与外围芯片的通讯以及实验硬件电路设计,利用FPGA硬件程序设计生成了IGBT驱动信号。实验验证了调制策略的正确性,以及控制策略的优越性。
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