【摘 要】
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单相脉宽调制（pulse width modulation,PWM）变换器因具有能量可双向传输、功率因数高、电流谐波污染小等特点,被广泛应用于可再生能源发电、电力机车牵引、有源电力滤波器等场合。目前,单相PWM变换器常用的控制策略是基于坐标变换的矢量控制。然而,矢量控制在动态性能和控制方法复杂度方面还有改善的空间。因此,本文以单相PWM变换器为研究对象,以优化电流控制方法为目的展开研究。全文主要内
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单相脉宽调制（pulse width modulation,PWM）变换器因具有能量可双向传输、功率因数高、电流谐波污染小等特点,被广泛应用于可再生能源发电、电力机车牵引、有源电力滤波器等场合。目前,单相PWM变换器常用的控制策略是基于坐标变换的矢量控制。然而,矢量控制在动态性能和控制方法复杂度方面还有改善的空间。因此,本文以单相PWM变换器为研究对象,以优化电流控制方法为目的展开研究。全文主要内容如下:首先从单相PWM变换器的功率电路出发,建立了PWM变换器的开关函数模型,并对PWM变换器的运行机理进行了分析。进一步地,给出了变换器在dq坐标系下的数学模型,阐述了基于正交信号生成（orthogonal signal generator,OSG）算法的矢量控制的优缺点,并对常用的单相PWM变换器调制方法进行分析。传统的OSG算法在生成虚构正交电流分量时存在延时,导致电流控制回路动态性能恶化。针对该问题,提出了一种无延时正交电流虚构算法。该算法不会在虚构过程中引入额外的延时,提高了系统的动态性能;同时,该算法稳态性能优异,且不依赖系统参数。进一步地,对基于该方法的单相PWM变换器控制系统稳定性进行分析,并给出了内部电流环控制器参数的设计过程。通过仿真测试,验证了所提的无延时矢量控制方法具有优越的动态性能。传统矢量控制方法需要锁相环、电流解耦等环节,导致系统控制回路较为复杂。对此,本文在abc坐标系下研究了一种新型矢量控制方法,简化了系统控制回路。进一步地,为了将该控制方法扩展至单相PWM变换器系统,提出了一种基于任意相位延时的电压虚构算法。该电压虚构算法在不引入其他复杂计算的前提下,缩短了虚构的延时时间。同时,仿真验证了所研究的控制方法和任意相位延时电压虚构算法的正确性。最后,基于本文所研究的相关理论和仿真模型,进行了单相PWM变换器实验装置的搭建;并依托该实验装置对所提的无延时正交电流虚构算法和abc坐标新型矢量控制方法开展了实验,实验结果验证了所提方法的可行性和有效性。
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