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电网不平衡条件下PWM整流器控制技术研究

作　者: 谭广军
导　师: 张晓华
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电气工程
关键词: PWM整流器动力学建模电流控制不平衡坐标变换输入-输出线性化
分类号: TM461
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 269次
引　用: 2次
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内容摘要

众所周知,三相电压型PWM整流器具有可实现单位功率因数控制、公用电网谐波抑制以及能量可双向流动等优点,如今已被广泛地应用于新型不间断电源、有源电力滤波及静止无功补偿等领域。在实际工况中,三相电网电压的不平衡将会导致PWM整流器的输出电压产生偶次电压纹波,同时会导致网侧电流产生奇次谐波,从而降低电网的供电质量。因此,对电网不平衡条件下PWM整流器的控制策略进行研究是必要的。本文的主要研究内容如下。采用基尔霍夫定律和基于动力学原理的建模方法,建立了PWM整流器以微分方程形式描述的数学模型,之后采用小信号建模方法建立了以传递函数形式描述的数学模型。对PWM整流器的稳态特性进行了分析,建立了其网侧电流给定方程组,并采用“逆Broyden秩1方法”来对此方程组进行求解;之后,又对其动态特性进行了分析,根据定义证明了PWM整流器具有欠驱动特性,并确定了以电流环为内环、电压环为外环的双闭环控制系统结构。本文系统地提出了不平衡坐标变换的理论和方法,并将其应用于PWM整流器的建模过程中,得到了利于控制系统设计的数学模型。同时,本文给出了不平衡的电流预测SVPWM方法,简化了调制算法。最后,本文采用输入-输出线性化的非线性控制策略对PWM整流器的控制系统进行了设计,并采用Matlab/SimpowerSystems工具箱搭建了其仿真模型,仿真实验结果表明,本文所设计的非线性控制策略具有功率因数高、抗扰性和鲁棒性能好等优点。同时,本文基于PWM整流器实物样机,对所设计的非线性控制策略进行了实验验证,实验结果表明,所设计的非线性控制策略能够实现对PWM整流器的有效控制。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-20
  1.1 课题背景  10-12
  1.2 国内外研究现状  12-18
    1.2.1 电力电子系统建模方法研究现状  12-14
    1.2.2 PWM 调制技术研究现状  14-15
    1.2.3 电网不平衡时PWM 整流器控制方法研究现状  15-18
  1.3 论文的主要研究内容  18-20
第2章 PWM 整流器建模  20-33
  2.1 基于基尔霍夫定律的建模  20-22
  2.2 电学系统与力学系统的类比关系  22-23
  2.3 基于动力学的拉格朗日方程建模  23-26
  2.4 基于动力学的哈密顿方程建模  26-29
  2.5 小信号建模方法  29-32
  2.6 本章小结  32-33
第3章 PWM 整流器静动态特性  33-50
  3.1 PWM 整流器的静态特性分析  33-42
    3.1.1 三相不平衡交流量的表示方法  33-34
    3.1.2 PWM 整流器的电网电动势分析  34-36
    3.1.3 PWM 整流器网侧给定电流的描述  36-40
    3.1.4 网侧电流给定方程组的数值求解方法  40-41
    3.1.5 PWM 整流器在正负序坐标系下的描述  41-42
  3.2 PWM 整流器的动态特性分析  42-49
    3.2.1 PWM 整流器的欠驱动特性分析  42-44
    3.2.2 PWM 整流器电压控制下的跟踪动态  44-48
    3.2.3 PWM 整流器电流控制下的跟踪动态  48-49
  3.3 本章小结  49-50
第4章不平衡坐标变换与PWM 整流器建模  50-67
  4.1 引言  50-51
  4.2 不平衡坐标变换理论  51-59
    4.2.1 三相不平衡abc 静止坐标系的建立  52-54
    4.2.2 不平衡abc 坐标系和αβ坐标系之间的坐标变换  54-57
    4.2.3 αβ坐标系和dq 坐标系之间的坐标变换  57-59
  4.3 不平衡坐标变换在PWM 整流器建模中的应用  59-62
    4.3.1 网侧电流的不平衡坐标变换  59-60
    4.3.2 PWM 整流器在dq 坐标系下的网侧电流模型  60-61
    4.3.3 开关输入量的不平衡坐标逆变换  61-62
  4.4 电流预测SVPWM 方法  62-66
    4.4.1 电流预测控制方法  62-63
    4.4.2 不平衡坐标变换下的SVPWM 方法  63-66
  4.5 本章小结  66-67
第5章 PWM 整流器非线性控制系统设计与实现  67-97
  5.1 引言  67-68
  5.2 PWM 整流器非线性控制系统设计  68-71
    5.2.1 电流内环控制器设计  68-70
    5.2.2 电压外环控制器设计  70-71
  5.3 电网电动势正负序分量的求取方法  71-74
    5.3.1 电网电动势的检测方法  71-72
    5.3.2 电网正负序电动势的计算方法  72-74
  5.4 系统仿真实验  74-87
  5.5 系统实物实验  87-95
    5.5.1 电网不平衡实验平台  87-89
    5.5.2 电网不平衡实验的软件设计  89-90
    5.5.3 电网不平衡条件下的实验结果分析  90-95
  5.6 本章小结  95-97
结论  97-98
参考文献  98-104
附录1 逆Broyden 秩1 方法简介及其源程序  104-106
附录2 DSP 实物实验程序  106-116
攻读学位期间发表的学术论文  116-118
致谢  118

电网不平衡条件下PWM整流器控制技术研究

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