基于直接功率控制的三电平PWM整流器控制策略研究-电力电子与电力传动专业毕业论文

1、优秀毕业论文目录目录1 绪 论 .，.，.，. 11.1 三 电 平 P W M整 流 器 的 研 究 背 景 .，.11.2 国 内外 发 展 现 状 .21.3 本 论 文 的 主 要 研 究 内 容 .52 .基 于 直 接 功 率 控 制 的 三 电平 P W M 整 流 器 数 学 模 型 .，.62 .1 三 电平 P W M整 流 器 空 间 电 压 矢 量 分 布 .，.62 .2 三 电 平 P 认7M整 流 器 的 拓 扑 结 构 .，.，.72 .3 基 于 开 关 函 数 的 三 电平 P W M 整 流 器 数 学 模 型 .，.82 .3 .1 三 相 ab c 坐

2、 标 系 中 的 数 学 模 型 .82 .3 .2 两 相 叨 坐 标 系 中 的 数 学 模 型 .，.102 .3 .3 两 相 dq坐 标 系 中 的 数 学 模 型 .112 .4 瞬 时 功 率 理 论 .112 .5 基 于 D P C 的 三 电平 P W M 整 流 器 的 数 学 模 型 .，.133 基 于 直 接 功 率 控 制 的 三 电平 P W M整 流 器 闭环 控 制 策 略 .，. 153 .1 P W M 整 流 器 的 控 制 技 术 . 153 .1.1 控 制 技 术 要 求 .，. 153 .1.2 P W M 整 流 器 直 接 电流 控 制 技

3、 术 .，. 巧3 .2 基 于 D P C 的 三 电平 P W M 整 流 器 闭 环 控 制 策 略 .173 .2 .1 三 电 平 P W M 整 流 器 的 D P C 系 统 框 图 .173 .2 .2 直 接 功 率 控 制 分 类 . 183 .3 本 章 小 结 .，.、二184 基 于 直 接 功 率 控 制 的 三 电 平 P W M 整 流 器 开 关 矢 量 表 的 建 立 .204 .1 开 关 矢 量 表 .，二，.2 04 .1.1 功 率 比较 信 号 的 选 择 .，.，.2 04 .1.2 空 间 电 压 矢 量 扇 区 划 分 .214 .2 电 压

4、 矢 量 选 择 的 基 本 原 则 .，.214 .3 电 压 矢 量 对 有 功 功 率 及 无 功 功 率 的 影 响 .，.224 .4 基 于 全 部 矢 量 的 开 关 矢 量 表 .，. 234 .4 .1.开 关 矢 量 表 建 立 .，.234 .4 .2 .仿 真 及 结 果 分 析 ，.2 44 .5 基 于 大 中 矢 量 的 开 关 矢 量 表 .274 .5 .1 开 关 矢 量 表 建 立 .2 74 .5 .2 仿 真 结 果 及 分 析 .2 74 .6 基 于 邻 近 矢 量 的 开 关 矢 量 表 .31精品参考文献资料西安 理 工 大 学硕 士 学位论

5、文4 .6 .1 开 关 矢 量 表 的 建 立 .314 .6 .2 仿 真 结 果 及 分 析 .。.314 .7 本 章 小 结 .，.335 基 于 直 接 功 率 控 制 的三 电平 整 流 器 装 置 和 软 件 设 计 .355 .1 三 电平 整 流 器 硬 件 平 台 设 计 .355 .1.1 三 电平 整 流 器 主 电 路 .355 .1.2 三 电平 整 流 器 控 制 电 路 .375 .2 三 电平 整 流 器 软 件 设 计 .405 .2 .1 主 程 序 的 设 计 .415 .2 .2 键 盘 处 理 程 序 的 设 计 .，.415 .2 .3 直 接

6、功 率 控 制 算 法 的 设 计 .425 .2 .4 . 保 护 中 断 子 程 序 的 设 计 .465 .3 三 相 三 电平 整 流 器 实 验 波 形 分 析 及 结 论 .475 .3 .1 基 于 大 中 矢 量 开 关 表 的 实 验 波 形 .4 75 .3 .2 基 于 邻 近 矢 量 的 实 验 波 形 二，.，.，.，.4 75 .3 .3 实 验 结 果 分 析 .485 .4 本 章 小 结 .486 结 论 .4 96 .1 全 文 总 结 .4 96. 2 下 一 步 工 作 展 望 .49致谢 .51参 考 文 献 .52在 校 期 间 所 发 表 的 论

7、文 .55第 1 章 绪论1 绪 论1.1 三 电平 P W M整 流 器 的研 究 背 景由于 电 力 电子 技 术 、微 电 子 技 术 和 现 代 控 制 理 论 以惊 人 的速 度 向前 发 展 ，功 率 半 导 体 器 件 性 能 不 断提 高 。功 率 半 导 体 开 关 器 件 技 术 的进 步 ，促 进 了 电力 电子 变 流 装 置 技 术 的 迅 速 发 展 ，出现 了 各 类 变 流 装 置 ，如 变 频 器 、逆 变 电源 、高 频 开 关 电源 以及 各 类 特 种 变 流 器 等 ，这 些 变 流 装 置 在 国 民经 济 各 领 域 中 取 得 了广 泛 的 应

8、用 。目前 ，在 所 有 的 电 力 电子 设 备 中 ， 整 流 装 置 要 占到 近 70 % 之 多 【， 而 常 规 整 流 装 置 广 泛 采 用 二 极 管 不 控 整 流 电路 或 晶 闸 管 相 控 整 流 电路 ，因 而 对 电 网 注 入 了 大 量 的 谐 波 及 无 功 功 率 ，造 成 了 电 网 的 严 重 污 染 ”。为 了保 证 电 网 和 用 电设 备 的 安 全 经 济 运 行 ，目前 许 多 国家 、国 际 电工 组 织 以及 一 些 大 电 力 公 司 都 制 定 了 相 应 的 谐 波 标 准 ，对 用 电 设 备 入 端 性 能 做 出严 格 限 制

9、 ，对 入 端 功 率 因 数 和 电流 各 次 谐 波 含 量 都 做 出 了具 体 的 限 定 。随 着 这 些 规 范 逐 渐 被 采 用 ，功 率 因 数 和 谐 波 含 量 成 为 电力 电子 设 计 人 员 必 须 考 虑 的 问题 。治 理 这 种 电 网 “污 染 ”最 根 本 措 施 就 是 ，要 求 变 流 装 置 实 现 网 侧 电流 正 弦 化 ，并 且 运 行 于 单 位 功 率 因 数 。 因 此 ， 作 为 电 网 主 要 “污 染 ” 源 的 整 流 器 ，首 先 受 到 了 学 术 界 的 关 注 ，并 且 在 这 一 领 域 开 展 了 大 量 的 研 究

10、工 作 。其 主 要 思 路 就 是 ，将 脉 宽 调 制 (P W M )技 术 引 入 到 整 流 器 的控 制 之 中 ，设 计 出 P W M 整 流 器 ，使 整 流 器 网 侧 电流 正 弦 化 ，并 且 相 位 可 调 ，可 以运 行 于 单 位 功 率 因 数 。另 外 ，P W M整 流 器 为 可 逆 型 整 流 器 ，能 量 可 以双 向 流 动 ，整 流 器 可 以 四 象 限 运 行 。P W M 整 流 器 为 四 象 限 整 流 器 ， 该 整 流 器 与 其 它 类 型 整 流 器 (二 极 管 、 晶 闸 管 整 流 器 ) 相 比 ， 具 有 以下 特 点

11、:( 1)功 率 因 数 任 意 可 调 ， 可 以实 现 能 量 的 双 向流 动 ;(2 ) 整 流 器 电 网侧 电 流 波 形 接 近 正 弦 波 形 ， 谐 波 含 量 少 ; (3 ) 动 态 响 应 好 ， 适 合 用 于 负 荷 变 化 频 繁 的 场 合 ;(4 ) 直 流 端 电 压 稳 定 ， 输 出 电 压 谐 波 含 量 少 。由于 具 有 上 述 特 点 ，P W M 整 流 器 可 以广 泛 应 用 于 需 要 能 量 反 馈 的 位 能 负 载 或 电动 机 频 繁 制 动 的 场 合 ，这 样 既 节 省 了用 来 吸 收 回 馈 能 量 的 笨 重 电 阻

12、负 载 ，又 能 把 能 量 回 馈 到 电 网 ， 提 高 了 能 量 的 利 用 率 2，3，。近 年 来 ，交 流 传 动 己成 为 电 气 传 动 的 主 流 ，变 频 调 速 是 交 流 传 动 中 最 主 要 的 一 种 调 速 方 式 。整 流 设 备 作 为 变 频 器 中 的 重 要 组 成 部 分 ，在 常 规 的 由 电 压 型 逆 变 器 组 成 的 交 流 电机 调 速 系 统 中 ， 为 了 实 现 电动 机 的 四 象 限运 行 ， 必 须 在 逆 变 器 直 流 侧 加 装 耗 能 或 馈 能 装 置 ， 这 主 要 是 由 于 常 规 的 电压 型 逆 变 器

13、 交 流 电 动 机 驱 动 系 统 采 用 了 交 一 直 一 交 结 构 ，整 流 器 一 般 采 用 大 功 率 二 极 管 或 晶 闸 管 整 流 电 路 ，整 流 电 路 结 构 简 单 ，但 交 流 输 入 功 率 因 数 低 ，无 法 实 现 能 量 的 回 馈 ，并 向 电 网 注 入 大 量 的 谐 波 电流 ，给 电 网 造 成 一 定 的 谐 波 “污 染 ”。若 将 P W M 整 流 器 取 代 二 极 管 或 晶 闸 管 整 流 器 ，不 仅 可 以 实 现 交 流 电 动 机 的 四 象 限 运 行 ，网 侧 单 位 功 率 因 数 正 弦 波 电 流 控 制 ，

14、还 可 使 直 流 侧 获 得 足 够 高 且 稳 定 可 调 的 直 流 电 压 ，从 而 改 善 了 电动 机 的 驱 动 性 能 。另 一 方 面 ，通 过 引 入 适 当 的 控 制 策 略 ，还 可 以 大 大 减 少 直 流 侧加西安 理 工 大 学硕 士 学位论 文电容 的 容 量 ，提 高 装 置 运 行 的 可 靠 性 ，高 性 能 的 变 频 调 速 离 不 开 四象 限 整 流 ，四 象 限 整 流 在 变 频 调 速 中 具 有 广 泛 的 应 用 前 景 。在 当 今 变 频 器 市 场 上 ，中 小 功 率 变 频 器 的 竞 争 已趋 白 热 化 ，而 大 功 率

15、 变 频 器 市 场 尚有 待 开 发 ，世 界 上 只 有 少 数 几 家 大 公 司拥 有 大 功 率 变 频 器 的 开 发 经 验 和 产 品 ，具 有 高 性 能 四 象 限 运 行 大 功 率 变 频 器 产 品 则 为 数 更 少 。四 象 限 整 流 器 除 了在 电气 传 动 方 面 应 用 外 ，其 它 方 面 也 有 着 广 泛 的 应 用 前 景 ，如 静 止 无 功 补 偿 (S v G) 、有 源 电力 滤 波 (AP F) 、统 一 潮 流 控 制 (U p F C) 、超 导 储 能 (sM E S) 、高 压 直 流 输 电(HV D C) ，新 型U P S

16、 以 及 太 阳 能 、 风 能 等 可 再 生 能 源 的 并 网 发 电 等 。近 年 来 ， 随 着 电力 电子 技 术 的 发 展 ， 为 了提 高 输 出 电压 等 级 ， 出 现 了三 电 平 中 压 逆 变 器 ，这 一 发 展 对 整 流 器 提 出 了 新 的 要 求 ， 相 应 的 出 现 了 对 三 电平 P W M 整 流 器 的 研 究 。 本 课 题 针 对 三 电平 中 压 变 频 器 的 开 发 研 究 ， 设 计 三 电 平 P W M整 流 器 。 三 电 平 P 认zM整 流 器 与 上 述 常 规 的 二 电平 P W M整 流 器 相 比 ， 除 具

17、有 上 述 优 点 外 ， 还 具 有 二 电平 P W M整 流 器 所 没 有 的 优 点 :每 一 个 功 率 开 关 器 件 所 承 受 的 电压 仅 为 直 流 侧 电 压 的 一 半 ，这 样 在 同 等 情 况 下 ，功 率 器 件 相 同直 流 母 线 电压 就 可 以 提 高 一 倍 ， 容 量 也 可 以提 高 一 倍 ， 故 它 比较 适 用 于 高 电 压 、 大 容 量 功 率 应 用 场 合 。1.2 国 内 外 发 展 现 状自 2 0 世 纪 90 年 代 以 来 ，P W M 整 流 器 一 直 是 研 究 的 热 点 。对 P W M 整 流 器 相 关 的

18、 应 用 领 域 的 研 究 也 越 来 越 多 ，例 如 有 源 滤 波 、超 导 储 能 、交 流 传 动 、高 压 直 流 输 电 、统 一 潮 流 控 制 以 及 太 阳 能 、 风 能 等 可 再 生 能 源 的 并 网 发 电 等 。这 些 应 用 领 域 的研 究 ， 又 促 进 了 P W M 整 流 器 及 其 控 制 技 术 的进 步 和 完 善 。当 前 主 要 的 研 究 领 域 有 如 下 五 个 方 面 :( 1)P W M整 流 器 的 建 模 与 分 析 研 究P W M整 流 器 数 学 模 型 的 研 究 是 P W M整 流 器 及 其 控 制 技 术 研

19、 究 的 基 础 。 自从 出现 基 于 坐 标 变 换 的 P W M整 流 器 的 数 学 模 型 之 后 ，各 国学 者 对 P W M整 流 器 的数 学 模 型 进 行 了仔 细 的 研 究 ，其 中 R. W u 、 S .B. D ew an等 较 为 系 统 地 建 立 了 P W M 整 流 器 的 时 域 模 型 ， 并 将 时 域 模 型 分 解 成 高 频 、低 频 模 型 ，且 给 出 了相 应 的 时 域 解 “。而 c hunT. 形 m 和 D on g 丫 H u 等 则 利 用 局 部 电路 的 dq坐 标 变 换 建 立 了 P W M 整 流 器 基 于

20、 变 压 器 的低 频 等 效 模 型 电路 ，并 给 出 了 稳 态 、动 态 特 性 分 析 【5，。在 此 基 础 上 ，H en g ch unM ao等 人 又 建 立 了 一 种 新颖 的 降 阶 小 信 号 模 型 ， 从 而 简 化 了 P W M整 流 器 的 数 学 模 型 及 特 性 分 析 【6。 (2 ) 电 压 型 P W M整 流 器 的 电流 控 制 策 略 研 究为 了使 电压 型 P W M整 流 器 网 侧 呈 现 受 控 电流 源 特 性 ，其 网侧 电流 控 制 策 略 的 研 究 显得 十 分 重 要 。在 P W M整 流 器 技 术 发 展 过

21、程 中 ，电 压 型 P W M 整 流 器 网 侧 电 流 控 制 策 略 主 要 分 成 两 类 :一 类 是 由 J.W .D ix on提 出 的 间 接 电 流 控 制 策 略 7，; 另 一 类 就 是 目前 占 主 导 地 位 的 直 接 电 流 控 制 策 略 ，。 间 接 电 流 控 制 实 际 上 就 是 所 谓 的 “幅 相 ” 电 流 控 制 ， 即 通 过 控 制 电 压 型 P W M 整 流 器 的 交 流 侧 电 压 基 波 幅 值 、相 位 ，进 而 间 接 控 制 其 网 侧 电 流 。 由 于 间 接 电 流 控 制 的 网 侧 电 流 的 动 态 响 应

22、 慢 ，且 对 系 统 参 数 变 化 敏 感 ，因 此 这 种 控 制 策 略 己 逐 步 被 直 接 电 流 控 制 策 略 取 代 。直 接 电 流 控 制 以 其 快 速 的 电 流 响 应 和 鲁 棒 性 受 到 了 重 视 ，出第 1 章 绪论现 了不 同 的控 制 方 案 ，主 要 包 括 以 固 定 开 关 频 率 且 采 用 电 网 电动 势 前 馈 的 S P W M 控 制 ， 以及 滞 环 电流 控 制 。为 了提 高 电压 利 用 率 并 降低 损 耗 ，基 于 空 间 矢 量 的 P W M 控 制 在 电 压 型 P W M 整 流 器 中取 得 了广 泛 的 应

23、 用 ， 并 提 出 了 多 种 方 案 【9 。 目前 电压 型 P W M 整 流 器 网侧 电流 控 制 有 将 固 定 开 关 频 率 、滞 环 及 空 间 矢 量 控 制 相 结 合 的 趋 势 ，以使 其 在 大 功 率 有 源 滤 波 等 需 快 速 电流 响 应 场 合 获 得 优 越 的性 能 。此 外 ，控 制 策 略 上 出现 了状 态 反 馈 控 制 “。(3)关 于 主 电路 拓 扑 结 构 研 究P W M整 流 器 拓 扑 结 构 可 分 为 电 流 型 和 电 压 型 两 大 类 。在 小 功 率 场 合 ，P W M整 流 器 拓 扑 结 构 的研 究 集 中

24、在 减 少 功 率 开 关 和 改 进 直 流 输 出性 能 上 。J.J .S hi eh等 对 四 开 关 三 相 电 压 型 P W M整 流 器 进 行 了 建 模 与 分 析 。，。 一 般 B oo st 型 变 换 器 直 流 侧 电 压 大 于 交 流 侧 电 压 峰 值 ，为 了实 现 降压 功 能 ，有 学 者 对 拓 扑 结 构 进 行 了改造 ，并 取 得 一 定 的 结 果 。对 于 大 功 率 P W M 整 流 器 ，其 拓 扑 结 构 的研 究 主 要 集 中在 多 电平 、变 流 器 组 合 以及 软 开 关 技 术 上 。 多 电平 拓 扑 结 构 的 P

25、W M 整 流 器 主 要 应 用 于 高 压 大 容 量 场 合 ; 而 对 大 电流 应 用 场 合 ，常 采 用 变 流 器 组 合 拓 扑 结 构 ，即 将 独 立 的 电流 型 P W M 整 流 器 进 行 并 联 组 合 。与 普 通 并 联 不 同 的 是 ，每 个 并 联 的 P W M整 流 器 中 的 P w M信 号 发 生 采 用 移 相 P W M控 制 技 术 【， 从 而 以较 低 的 开 关 频 率 获 得 了 高 效 的 高 频 控 制 ，即 降低 损 耗 的 同 时 ，提 高 了 电流 、电压 波 形 品 质 。 同 样 ， 可 以将 电 压 型 P W

26、M 整 流 器 串 联 组 合 ， 以适 应 高 压 大 容 量 的 应 用 场 合 。 此 外 ， 在 大 功 率 P w M 整 流 器 设 计 上 ，还 研 究 了基 于 软 开 关 (Z V S ，z c s) 控 制 的拓 扑 结 构 和 相 应 的 控 制 策 略 ，然 而 这 一 技 术 有 待 完 善 。(4)系 统 控 制 策 略 的研 究一 些 较 为 新 颖 的控 制 策 略 简 述 如 下 【2:无 电 网 电动 势 传 感 器 和 无 网 侧 电 流 传 感 器 控 制为 简 化 信 号 的 检 测 ，T. N 0 gu ch i 等 学 者 提 出 了 一 种 无

27、电 网 电动 势 传 感 器 P W M 整 流 器 控 制 策 略 。这 一 研 究 主 要 包 括 两 类 电 网电 动 势 重 构 方 案 :一 种 是 通 过 功 率 估 计 ， 另 一 种 是 通 过 电 流 的 偏 差 求 导 重 构 电 动 势 。 M .死 es e 则 通 过 直 流 侧 电流 的 检 测 来 重 构 交 流 侧 电流 ，进 而 实 现 无 交 流 电 流 传 感 器 控 制 。基 于 L y ap un ov稳 定 性 理 论 的 P W M整 流 器 控 制针 对 P W M整 流 器 的 非 线 性 多 变 量 强 藕 合 的 特 点 ，常 规 的 控

28、制 策 略 和 控 制 器 的 设 计 一 般 采 用 稳 态 工 作 点 小 信 号 扰 动 线 性 化处 理 方 法 ，这 种 方 法 的 不 足 是 无 法 保 证 控 制 系 统 大 范 围扰 动 的 稳 定 性 。为 此 ，有 学 者 提 出 了基 于 L y ap un ov稳 定 性 理 论 的 控 制 策 略 。这 一 新 颖 的 控 制 方 案 以 电 感 、 电 容 储 能 的 定 量 关 系 建 立 了 L y ap un ov函 数 ，并 由三 相 P W M 整 流 器 的 dq模 型 以及 相 应 的 空 间 矢 量 P W M 约 束 条 件 ，推 导 出相 关

29、的 控 制 算 法 。这 一 方 案 较 好 的 解 决 了 P W M 整 流 器 的 大 范 围 稳 定 控 制 问 题 。P w M 整 流 器 的 时 间 最 优 控 制 常 规 的 基 于 dq 模 型 的 电 压 型 P W M 整 流 器 控 制 ， 一 般 通 过 前 馈 解 控 制 ， 并 采 用 两 个 独 立 的 PI 调 节 器 ， 分 别 控 制 相 应 的 有 功 、 无 功 分 量 。 而 有 功 、无 功 分 量 间 的 动 态 藕 合 和 P W M 电 压 利 用 率 的 约 束 ，影 响 了 电 压 型 P W M 整 流 器有 功 分 量 的 动 态 响

30、 应 。针 对 这 一 问 题 ，有 学 者 提 出 了 直 流 电 压 时 间 最 优 控 制 。其 基 本 方 法西安 理 工 大学硕 士 学位论 文是 根 据 时 间 最 优 控 制 算 法 求 解 出跟 踪 给 定 电流 所 需 的 最 优 控 制 电压 ，并 在 动 态 过 程 中 降 低无 功 分 量 的 响 应 速 度 ，提 高 有 功 分 量 的 响应速 度 ，实现 了 时 间最 优 控 制 。电 网 不 平 衡 条 件 下 的 P W M 整 流 器 控 制 一 般 的 策 略 研 究 总 是 假 设 电 网 是 平 衡 的 ; 实 际 上 ，电 网 经 常 处 于 不 平

31、衡 状 态 。当 电 网 出现 不 平 衡 时 ，以三 相 电 网平 衡 为 约 束 所 设 计 的 整 流 器 会 出 现 不 正 常 运 行 。不 正 常 的表 现 : P W M 整 流 器 直 流 侧 电压 和 交 流 侧 电 流 的 低次 谐 波 幅 值 增 大 ，且 产 生 非 特 征 谐 波 ， 同 时损 耗 相 应 增 大 ; P W M整 流 器 的 交 流 侧 电流 不平 衡 ， 严 重 时 可 使 整 流 器 发 生 故 障 烧 毁 。为 使 整 流 器 在 电 网 不 平 衡 条 件 下 仍 能 正 常 运 行 ，有 人 提 出 了 不 平 衡 条 件 下 ，网 侧 电

32、流 和 直 流 电 压 的 时 域 表 达 式 。文 章 认 为 电 网 负 序 分 量 是 导 致 网侧 电流 畸 变 的 原 因 。电 网 不 平 衡 条 件 下 ，常 规 的 控 制 方 法 会 使 直 流 电压 产 生 偶 次 谐 波 分 量 ，交 流 侧 会 产 生 奇 次 谐 波 电 流 。 D .Vi nc ent i 等 人 较 为 系 统 地 提 出 了 正 序 d q 坐 标 系 中 的 前 馈 控 制 策 略 ， 即 通 过 负 序 分 量 的 前 馈 控 制 来 抑 制 电 网 负 序 分 量 的 影 响 。但 是 由于 该 方 法 的 负 序 分 量 在 d q 坐

33、标 下 不 是 直 流 量 ，导 致 PI 调 节 不 能 实 现 无 静 差 控 制 。因此 ，有 学 者 提 出 了正 、负 序 双 旋 转 坐 标 系 控 制 ， 该 方 法 实 现 了 无 静 差 控 制 ， 是 较 完 善 的 理 论 。但 是 ， 双 旋 转 坐 标 系 控 制 的 结 构 比较 复 杂 ， 运 算 量 大 。(5)电流 型 P W M 整 流 器 的研 究长 期 以来 ，因 为 电压 型 整 流 器 的 结 构 简 单 、损 耗 较 低 、控 制 方 便 ，所 以一 直 是 人 们 研 究 的 重 点 。而 电 流 型 P W M 整 流 器 由于 需 要 较 大

34、 的 直 流 储 能 电感 ， 以及 交 流 侧 L C 滤 波 问 题 ，制 约 了 电 流 型 P W M 整 流 器 的 发 展 。但 是 随 着 超 导 技 术 的 发 展 ，电流 型 P W M 整 流 器 在 超 导 储 能 技 术 中 有 更 大 的 优 势 ， 因 为 超 导 线 圈 可 以直 接 作 为 直 流 储 能 电感 。另 外 ，针 对 三 电平 中 压 变 频 器 的 开 发 研 究 ，开 始 了三 电平 四 象 限 P W M 整 流 器 的研 究 ， 目前 这 一 研 究 已经 进 入 了 初 步 实 用 阶 段 ，并 且 有 少 数 大 公 司 已经 研 制

35、出三 电平 P W M四 象 限整 流 器 ，如 美 国通 用 、德 国西 门子 等 公 司 所 研 制 的 三 电平 中 压 变 频 器 中 整 流 装 置 采 用 的 是 三 电平 P W M四象 限 整 流 器 ，国 内 的 研 究 较 国外 要 晚 些 ， 目前 以 实 验 研 究 为 主 ，国 内三 相 P W M整 流 研 究 最 早 出现 于 90年 代 中 期 ，三 电平 四 象 限 P W M整 流 最 近 几 年 才 开 始 进 行 研 究 ， 主 要 有 以 下 几 方 面 研 究 工 作 【3 :( 1)仿 真 分 析根 据 三 电平 三 相 P W M 整 流 器 的

36、 电路 特 点 ，建 立 了 功 率 电路 的 简 化 电路 模 型 ，并 进 行 系 统 仿 真 。 通 过 仿 真 对 系 统 的 工 作 原 理 和 各 参 数 与 性 能 之 间 的 关 系 作 了 有 价 值 的 分 析 研 究 。(2 ) 建 模 分 析对 三 电 平 三 相 P W M 整 流 器 建 立 一 套 系 统 模 型 ，在 此 基 础 上 应 用 控 制 理 论 ，设 计 出 矫正 器 ， 实 现 系 统 的 闭环 控 制 ， 并 研 究 其 动 静 态 性 能 ， 以及 各 参 数 与 系 统 性 能 间 的 关 系 等 。 (3 ) 控 制 方 法 研 究针 对

37、三 电 平 三 相 P W M 整 流 器 ，其 控 制 策 略 对 系 统 性 能 具 有 至 关 重 要 的 作 用 ，针 对 电第 1 章 绪论流 与 功 率 因 数 等 ，采 用 了 多 种 控 制 方 法 如 空 间 电压 矢 量 P W M 方 法 、模 糊 控 制 方 法 等 。 (4 ) 实 验 研 究针 对 三 电平 三 相 P W M 整 流 器 ，制 作 出 小 容 量 整 流 器 样 机 进 行 实 验 研 究 ，测 出输 入 端电 压 电流 波 形 ， 分 析 其 性 能 。1.3 本 论 文 的 主 要 研 究 内容本 文 采 用 三 相 三 电平 P 认7M 整

38、流 器 结 构 ，对 其 工 作 原 理 和 控 制 策 略 进 行 了探 讨 。重 点 对 三 电平 P W M 整 流 器 的直 接 功 率 控 制 (D P C) 策 略进 行 了理 论 分 析 ，并 详 细 分 析 讨 论 了开 关 矢 量 表 的建立 方 法 ，最 后通 过 仿 真 和 实验 对 理 论 分 析 进 行 了验 证 ，得 出 了相 关 的结 果 和 结 论 ，具 体 内容 如 下 :( l)建 立 了基 于 直 接 功 率 控 制 的三 电平 P W M 整 流 器 的数 学 模 型 ;(2)论 述 了三 电平 P W M整 流 器 的 闭环 控 制 策 略 ， 确 立

39、 了三 电平 整 流 器 直 接 功 率 控制 的 闭环 控 制 系 统 实 现 方 案 。(3)根 据 三 电平 整 流 器 数 学 模 型 ，确 立 了 空 间 电压 矢 量 的选 择 原 则 。根 据 空 间 电 压 矢 量 对 系 统 瞬 时 有 功 功 率 和 瞬 时 无 功 功 率 的 影 响 ，得 出影 响 功 率 变 化 的 电压 矢 量 不 唯 一 ， 根 据 电压 矢 量 作 用 效 果 的 不 同 ，建 立 了基 于 全 部 矢 量 的 开 关 表 、基 于 大 中 矢 量 的 开 关 矢 量 表 和 基 于 邻 近 矢 量 的 开 关 矢 量 表 。建 立 了基 于 直

40、 接 功 率 控 制 的三 电平 P W M 整 流 器 系 统 模 型 ， 并 利 用 P S IM 仿 真 软 件 对 三 种 开 关 矢 量 表 在 系 统 模 型 下 分 别 进 行 仿 真 研 究 。(4)采 用 T M S3 20 L F2 4 07 A 完 成 基 于 直 接 功 率 控 制 P W M控 制 的三 电平 整 流 器 控 制 系 统 硬 件 、 软 件 设 计 与 调 试 ; 并 进 行 实 验 验 证 。西安 理 工 大学硕 士 学位论 文2 .基 于 直 接 功 率 控 制 的 三 电平 P W M 整 流 器 数 学 模 型建 立 数 学 模 型 是 深 入

41、 分 析 和 研 究 P W M 整 流 器 的 工 作 机 理 及 动 态 和 静 态 特 性 的 基 本 手 段 。直 接 功 率 控 制 是 以整 流 桥 交 流 侧 瞬 时有 功 功 率 和 瞬 时无 功 功 率 为 被 控 对 象 ，进 行 反 馈 调 节 的 控 制 策 略 。本 章 通 过 对 三 电平 P W M 整 流 器 拓 扑 结 构 及 数 学 模 型 的 分 析 ，结 合 瞬 时 功 率 理 论 ，推 导 出基 于 直 接 功 率 控 制 的三 电平 P W M 整 流 器 在 两 相 d q 旋 转 坐 标 系 下 的 数 学 模 型 。2.1 三 电 平 P w

42、M 整 流 器 空 间 电压 矢 量 分 布三 电平 P W M 整 流 器 空 间 电 压 矢 量 描 述 了三 电平 整 流 器 交 流 侧 电压 在 复 平 面 上 的 空 间 分 布 。 图 2 一1 为 三 电平 P W M 整 流 器 在 叨 坐 标 系 下 的 空 间 电 压 矢 量 分 布 :个口口V 叫卜 a(一IX( l一1一l )图 2 一1 三 电 平 整 流 器 空 间 电 压 矢 量F ig .2 一1 S P ac e V o ltag e V e ct o r o f T hr e e 一le v e l R e ct ifi e r由 图 2 一1 可 知 ， 三 电平 P W M 整 流 器 27空 间 电压 矢 量 分 为 四 大 类 :(1 ) 大矢量 K ，K ，K ，气，砚，K ，幅值为召面百.呱 ;(2 ) 中矢量 耳2，砚，砚4，K S，K 6，气，幅值为 Uuc/扼 ;(3 )/J、矢量 (凡，一硫6)，幅值为 呱 /而 ，均匀分布在六个扇区的边界线上 。可 以进一步 划 分 为 两 类 : 珠 ，一叽6，为 正 矢 量 ; 蛛 。一气6。为 负 矢 量 。他