基于电压空间矢量的三相电压型PWM整流器控制策略的研究

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在电力系统中,电压和电流应是标准的正弦波。但是在实际的电力系统中,由于非线性负载的影响,实际的电网电压和电流波形总是存在着不同程度的畸变,给电力输配电系统及附近的其他电气设备带来了许多问题,因而就有必要采取措施限制其对电网和其他设备的影响。 三相电压型脉宽调制(PWM)整流器具有输入正弦波形良好、可获得单位功率因数、可实现能量双向流动等优点,它解决了传统意义上整流电路中存在的谐波含量大、功率因数低和能量不能回馈等问题。目前它已被广泛用于消除电网谐波污染和提高电能利用率的场合。 本文比较研究了多种电压型PWM整流器的主电路拓扑结构,以三相电压型PWM整流器为例分析了PWM整流器四象限工作原理,建立了三相电压型PWM整流器在不同情况下的数学模型,为后续的研究工作奠定了基础。论文工作的重点是对PWM整流器在电网电压平衡和电网电压不平衡时的控制策略进行研究与仿真。 当电网电压平衡时,采用基于电网电压定向的矢量控制策略。由于PWM:整流器是一个多变量、强耦合系统。控制结构采用电压外环、电流内环的双闭环结构,其中电压外环采用PI调节器,保证输出电压稳定;而电流内环采用前馈解耦,按电压外环输出的电流指令进行控制,以实现单位功率因数和正弦波电流。为了便于数字化实现,本文采用了一种空间电压矢量的简单算法,可直接利用参考电压来判断扇区和计算作用时间。仿真结果表明,在理想的电网状态下电压空间矢量PWM(SVPWM)控制策略的电压利用率较高,动态响应性能较好。 本文论述了电网电压不平衡时正负序电信号的检测方法和不平衡控制的功率平衡原理,以及电网电压不平衡时PWM整流器的正负序电流独立控制策略。该策略也是采用双闭环控制结构,只是最后将正负序电压信号合成为一个电压信号。 结合SVPWM技术,论文用MATLAB/SIMULINK进行了仿真,并分析了仿真结果。本文还以DSP为核心,进行了系统的主程序、A/D采样程序、坐标变换、PI控制程序及SVPWM算法子程序的软件设计,完善了SVPWM技术的算法实现方案。 仿真实验表明:当电网电压平衡时,矢量控制技术可以使电网电压和电流达到同相位,亦即使PWM整流器达到单位功率因数;电网电压不平衡时,采用功率平衡控制算法,可以使直流侧电压无谐波分量,但电网电流只含有少量的谐波成分。
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