基于预测控制三相电流型PWM整流器的研究

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三相电流型PWM整流器(Three-phase current type PWM rectifier,三相CSR)是PWM整流系统中重要的一部分,在电力系统中被广泛使用。与传统整流器相比,电流型PWM整流器具有高功率因数、网侧电流谐波含量低、能量双向流动等特点。随着新型材料技术的发展,其效率低的缺点也逐渐被克服,所以三相CSR越来越受到广泛学者的关注。本文主要从网侧电流谐波抑制、功率因数两个方面入手,对三相CSR的控制策略展开研究,本文的主要工作以及取得的成果如下:首先,对三相CSR的拓补结构、数学模型、工作原理、换流情况进行了详细介绍,为三相CSR控制策略的实现提供了理论依据。在换流过程中,对开关器件的应力进行了详细分析,在此基础上设计了吸收电路,抑制了开关器件的过电压尖峰,保证了实验设备的安全。其次,对三相CSR网侧LC滤波器的谐振问题进行了分析,指出在LC滤波器谐振的条件下会导致网侧电流谐波含量增加,故而本文提出一种基于电容电压反馈的传统双闭环有源阻尼控制策略,这种控制策略内环采用了解耦和有源阻尼相结合的方法抑制了耦合项和LC滤波器谐振对系统网测电流波形的影响,外环采用直流侧电流反馈的方法削弱了直流输出侧波动的影响,对并在文中详细的说明了系统内外环控制器的设计。通过仿真验证,该方法可以有效地跟踪系统给定,并且在给定突变的情况下,系统具有良好的动态响应性能。再次,为了进一步降低网侧电流谐波含量,本文提出了一种内环采用预测控制器外环采用PI控制器的方法策略,在具体实现中,对有功电流和无功电流的耦合项做了补偿,实现有功和无功的完全独立。在外环设计过程中对计算延迟和控制延迟两个环节做了补偿,该方法降低了直流输出电流的脉动率,在抑制电流谐波方面效果更强,实现高功率因数和低谐波含量两个控制目标。最后,搭建实验设备进行验证,通过在前面章节分析换流过程器件应力的基础上,设计缓冲电路,并且通过实验验证和分析IGBT和二极管两端的电压波形,可以得出缓冲电路可以有效的抑制过电压尖峰。
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