两电平PWM整流器仿真研究

论文总字数：10506字

摘 要

三相PWM整流器具有结构简单，能实现能量双向流动，响应速度快等优点。采用全控式PWM整流方式，控制网侧电流正弦，可以抑制电网谐波和提高功率因数。本文分析了三相电压型PWM整流器分别在abc、α-β和d-q坐标系下的数学模型。然后，重点阐述了在d-q坐标系下两种空间矢量的控制策略，是基于电压定向的空间矢量的控制，由于存在耦合，先进行两轴电流的状态反馈来消除，再通过基于功率守恒的负载电流前馈来消除；最后，运用Matlab/Simulink构建三相VSR仿真模型，实验结果证明了电压定向的空间矢量控制策略的正确性和优越性。

关键词：整流器，SVPWM，电网电压定向，Matlab仿真

Abstract： Three-phase PWM rectifier has the advantages of simple structure, which can realize bidirectional flow of energy, fast response etc. Using full control type PWM rectifier, control the net side current sinusoidal, which can suppress harmonics and improve power factor. This paper analyzes the three-phase voltage source PWM rectifier mathematical model in ABC, α β and dq coordinate system. Then, focusing on the two kinds of space vector control strategy in dq coordinate system, one is the space vector control based on voltage oriented, due to the presence of coupling, feedback to eliminate the first two current state, and then through the load current feedforward power based on the conservation of eliminated; Finally, construct the three-phase VSR simulation model using Matlab/Simulink, the experimental results demonstrate the validity and superiority of the control strategy in this pape.

Keywords：PWM rectifier, SVPWM, , Matlab simulation

目 录

1 绪论 3

1.1 PWM整流器的特点与分类 3

1.2 三相PWM整流器的研究内容 4

2 PWM整流器数学模型 4

2.1 PWM整流器的工作原理 4

2.2 PWM整流器的数学模型 6

3 两电平PWM整流器的控制策略 9

3.1 SVPWM调制算法 9

3.2 基于电网电压定向的矢量控制 12

4 Matlab仿真 15

4.1 仿真模型及参数设置 15

结论 ........................................................... 18

参考文献 19

致谢 20

1 绪论

PWM整流技术由于具备功率因数可控、无低次谐波等优点，有效地解决了整流系统的谐波治理问题。同时，它还具备能量双向流动的优势，因而在大容量传动领域也得到了广泛应用。

1.1 PWM整流器的特点与分类

目前，半导体整流装置已经被广泛的应用，特别是在交流传动系统中。交流电动机通过改变频率的办法调解电机转速，增加了电网的整流负载。传统的相控技术电力电子装置存在着两大问题：一是网侧功率因数比较低，二是投网运行时可能有谐波电流。整流装置的功率因数小于1，大量的谐波和无功污染给电网造成了诸多危害：（1）增加电网的无功损耗；（2）加大了线路压降；（3）造成了电网中的谐波损耗；（4）形成传导和射频干扰；（5）对其他正在运行的设备造成谐波干扰。

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，出现了以脉宽调制(PWM)控制为基础的各类变流装置，其中包括变频器、逆变电源、高频开关电源等，这些变流装置可以将PWM技术引入整流器的控制中，使整流器网侧电流正弦化而且可运行于单位功率因数之下。

PWM整流技术的发展，从早期的半控型器件桥路发展到如今的全控型器件桥路；其拓扑结构从单相、三相电路发展到多相组合及多电平拓扑电路；PWM开关控制由单纯的硬开关调制发展到软开关调制；功率等级从千瓦级发展到兆瓦级，而在主电路类型上有电压型整流器（Voltage Source Rectifier- VSR)和电流源型整流器(Current Source Rectifier-CSR)。PWM整流器具体分类如图1.1所示。

图1.1PWM整流器分类图

电压源型PWM整流器的诸多拓扑结构中，直流侧均采用电容进行储能，使直流侧呈电压源特性，这是其最显著的特征。电流源型PWM整流器直流侧采用电感进行直流储能，使CSR直流侧呈现高阻抗的电流源特性，这是其拓扑结构的最显著特征。

近年来有关PWM整流器的控制技术研究紧紧围绕以下几个方面：

• 1. 减小交流侧输入电流谐波畸变率，降低其对电网的负面效应。
  2. 提高功率因数，减小整流的非线性，使之对电网而言相当于纯阻性负载。
  3. 提高系统动态响应能力，减小系统动态响应时间。
  4. 降低开关损耗，提高整个装置的效率。
  5. 减小直流侧纹波系数，缩小直流侧滤波器体积，减轻重量。

（6）提高直流侧电压（电流）利用率，扩大调制波的控制范围。

1.2 三相PWM整流器的研究内容

本文具体内容安排如下：

（1）介绍了PWM整流器的发展和研究现状；

（2）给出了三相PWM整流器的原理和数学模型；

（3）根据两相同步旋转坐标系下各电流分量的物理含义，给出了控制无功电流，以实现单位功率因数调节的控制方法；

（4）运用Matlab/Simulink构建了三相PWM整流器的仿真平台。

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