三电平双PWM变换器协调控制策略的研究

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传统的交直交变换器系统采用二极管不控整流作为其前端整流环节,存在着诸如网侧输入电流谐波含量大、功率因数低以及不能四象限运行等缺点。本文介绍的三电平双PWM变换器系统用PWM整流器取代了上述不控整流环节,具有网侧电流正弦波、单位功率因数运行、能量双向流动等优点,可以实现交直交系统的四象限运行。通常交直交系统的整流部分和逆变部分分别独立控制,中间直流环节多为大电容,当逆变侧负载发生突变时,直流母线电压会产生比较大的波动,大电容同时导致系统响应比较慢。基于负载电流前馈的三电平双PWM变换器协调控制方法将逆变器的信息加入到整流前端的控制中,减小了直流电压波动,同时可减小直流电容容量,提高了系统的动态响应。  本文首先介绍了三电平PWM整流器的基本工作原理与开关函数模型,详细描述了三电平电压型PWM整流器的一般数学模型及d-q模型的建立。建立了基于负载电流前馈的整流器直流电压小信号模型,根据该模型分析了整流器直流侧的电压波动的原因。采用基于负载电流前馈的双PWM变换器协调控制策略,其核心思想是使PWM整流器瞬时输出功率和PWM逆变器瞬时输入功率相等,则理论上可以减小直流储能电容容量,降低双PWM变换器的体积和成本,提高系统动态响应。通过对双PWM系统功率流动的分析,利用逆变侧电机的状态变量得到逆变器的有功功率,将逆变侧的信息加入到整流器的电流内环,实现整流前端与逆变负载之间的前馈控制,给出了控制策略仿真结果及分析。仿真表明负载电流前馈控制能够减小直流侧电压的波动,提高系统的性能。  最后基于TI公司TMS320F28335DSP搭建了三电平双PWM变换器实验平台,通过硬件和软件的设计,基于CAN总线的双DSP通信完成了协调控制策略下平台的调试,验证了负载电流前馈策略的有效性。
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