论文总字数：20227字

摘 要

对于中小容量电力电子装置而言，采用PWM控制的整流器可以使其对电网不产生谐波且基本不存在无功功率交换，在避免了电力线路的发热问题以及继电保护和自动控制系统的误动作的同时，能确保智能电网中重要负载侧的电压稳定。

本文着手于研究非线性控制策略以获得高的静态及动态性能，以进一步实现电网中的电压稳定和谐波消除。先在控制器中构建离散的正交虚拟电路，并对虚拟量进行反馈构成闭环控制，将三相PWM整流器的d-q同步旋转坐标系下的前馈解耦控制策略有机地运用于单相PWM整流器中，并在采回的电压外环中直流侧电压值和PI控制器之间加上一个能够消除特定次谐波的陷波滤波器。这种方法不但具有良好的动态响应能力，并且过滤了主要的高次谐波，保证了输出电压的稳定。

基于MATLAB/Simulink搭建了单相PWM整流器的仿真模型，进行参数的设计，仿真结果表明，输出的电压能够满足电压稳定且特定谐波在允许范围内的条件，从而验证了单相PWM整流器的非线性控制策略的有效性和正确性。

关键词：单相PWM整流器，前馈解耦控制，陷波滤波器，MATLAB/Simulink

ABSTRACT

For small and medium capacity power electronics devices, the rectifier controlled by PWM can make it not produce harmonics to the power grid and there is basically no reactive power exchange, while avoiding the heating problem of power line and the mulfunction of relay protection and automatic control system, and ensure voltage stability on the critical load side of the smart grid.

This paper focuses on the study of nonlinear control strategies in order to obtain high static and dynamic performance, to further realize voltage stability and harmonic elimination in power grid. First, the discrete orthogonal virtual circuit is constructed in the controller, and feedback the virtual quantity to form closed loop control, the feedforward decoupling control strategy of three-phase PWM rectifier in the d-q synchronous rotating coordinate system is applied to single-phase PWM rectifier organically, a notch filter is added between the DC side voltage value and the PI controller in the external loop of the recovered voltage. This method not only has good dynamic response ability, but also filters the main high-order harmonics and ensures the stability of the output voltage.

Based on MATLAB/Simulink, the simulation model of single-phase PWM rectifier is built, and the parameters are designed. The simulation results show that the output voltage can meet the conditions of voltage stability and specific harmonics in the allowable range. The effectiveness and correctness of the nonlinear control strategy of single-phase PWM rectifier are verified.

Key words: Single-phase PWM rectifier, feedforward decoupling control, notch filter, MATLAB/Simulink

目 录

摘要……………………………………………………………………………………………………Ⅲ

ABSTRACT……………………………………………………………………………………………Ⅳ

第一章 绪论 1

1.1研究意义与背景 1

1.2单相PWM整流器的现有控制策略 1

1.2.1陷波器滤波法 1

1.2.2二阶广义积分器（SOGI）法 2

1.2.3四分之一周期延时算法 2

1.2.4虚拟量反馈算法 3

1.3本文主要研究内容 5

第二章 单相PWM整流器的原理及其控制策略 6

2.1单相PWM整流器的拓扑结构及其工作原理 6

2.1.1单相PWM整流器的拓扑结构 6

2.1.2单相PWM整流器的工作原理 7

2.2单相PWM整流器虚拟正交分量的构造 8

2.2.1构造虚拟正交分量的必要性 8

2.2.2传统的虚拟正交分量构造算法 9

2.2.3虚拟电路闭环法 9

2.3添加陷波滤波器的改进算法 12

2.3.1陷波滤波器的原理 12

2.3.2改进后的单相PWM整流器控制策略 13

2.4本章小结 13

第三章 仿真模型的搭建及参数设计 15

3.1仿真模型整体布局思路 15

3.2控制电路模块的仿真模型及参数设计 16

3.3控制信号调制模块的仿真模型及参数的设计 18

3.4本章小结 19

第四章 仿真结果及分析 20

4.1全局输出电压仿真波形分析 20

4.2仿真参数分析 20

4.3本章小结 22

第五章 总结与展望 23

5.1总结 23

5.2未来工作展望 23

参考文献…………………………………………………………………………………………………..25

致谢………………………………………………………………………………………………………,,27

绪论

1.1研究意义与背景

智能电网，顾名思义，可以理解为电网的智能化，它是建立在集成、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、设备技术、控制方法以及先进的决策支持系统技术方面的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全等目标，它有着许多特征，例如具有自愈和对激励作出响应的功能，以及保护用户和抵御攻击的能力，能够提供给用户特定需求的电能质量，能够让不同发电形式的电能的接入，维持电力市场和资产的高效运行^[1]。但是我们都知道用户侧的电压波动是不可避免的，因此重要负载侧的电压稳定一直是智能电网正常运行的一个非常重要的指标。

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