三相电压型PWM整流器及其控制策略的研究

作     者：夏松 

作者单位：重庆理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘述喜;申玉梅

授予年度：2020年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：PWM整流器 冲击电流 预测控制 可逆运行 

摘      要：作为能量由电网流向负载的关键装置,整流器在电力电子行业中应用十分广泛。传统的二极管整流和晶闸管相控整流装置存在功率因数低、网侧电流谐波含量高以及输出电压纹波大等弊端,严重降低了供电可靠性和用电安全性。随着电力电子技术的进步,PWM整流器取得了快速发展,因其具有功率因数高、电流谐波含量小、直流侧输出电压可调以及能量可双向流动等优点,被广泛应用于电气传动、新能源发电等领域。论文以三相电压源型PWM整流器作为主要研究对象,对其工作原理、控制策略以及参数设计等方面进行了深入研究,主要内容包括:分析了三相电压源型PWM整流器的基本工作原理,并根据其主拓扑结构,结合基尔霍夫电压电流定律,建立了PWM整流器在不同坐标系下的数学模型。针对PWM整流器采用电压电流双闭环控制策略时,其启动过程产生较大冲击电流的问题,提出一种预充电-缓给定混合控制的冲击电流抑制策略,使直流侧参考电压平稳过渡到给定值,实现低电流应力启动PWM整流器。最后通过MATLAB/Simulink仿真模型验证了该混合控制策略的可行性。在传统预测控制策略的基础上,结合空间电压矢量调制方法设计了一种定频预测控制策略。将模型预测控制和空间电压矢量调制策略相结合,从根本上解决了传统预测控制策略开关频率不固定、滤波器设计困难等问题。最后通过MATLAB/Simulink仿真模型对比分析了传统预测控制和改进定频预测控制策略的优劣性。对三相电压源型PWM整流器的可逆运行控制策略进行了研究。根据预测控制理论,利用PWM整流器直流侧输出电压和参考电压的关系,提出一种基于模型预测控制的电压电流双闭环控制策略,实现PWM整流器的四象限运行。最后通过MATLAB/Simulink仿真模型验证了该控制策略的可行性。搭建了三相电压源型PWM整流器的硬件实验平台,并对其主电路和控制电路核心部分进行了介绍。最后在实验平台的基础上,对本文所提出的控制策略进行了实验验证。