三电平PWM整流器控制策略的研究

论文摘要

由于二极管箝位三电平PWM整流器功率器件承受电压应力小,输入电流谐波少、正弦度好,功率因数任意可调,以及能量可以双向流动,因此在中高压交流调速、风力发电、无功补偿等领域得到越来越广泛的应用。首先,本文详细的介绍了三电平PWM整流器的工作原理,分别在ABC静止坐标系、αβ静止坐标系和dq旋转坐标系下建立了低频和高频数学模型。该数学模型把直流侧中点电压作为控制对象,便于对三电平整流器进行分析与优化控制。论文对现有的几种整流器控制策略进行仿真与实验研究。论文根据三电平PWM整流器数学模型和空间电压矢量的等效拓扑,详细分析了三电平电压矢量对直流侧中点电压的影响,提出了三电平PWM整流器弃用中矢量的对称三区脉宽调制策略。仿真和实验结果表明,三电平PWM整流器性能稳定,功率因数高,建议方法正确有效,与传统调制策略相比,该方法的直流侧中点电压平衡效果好。同时,论文推导了基于Vαm,Vβm的四象限镜像空间电压矢量脉宽调制算法,该算法实现简单,只包括加法、减法、乘法等简单运算,有利于DSP的编程实现。根据对称三区电压矢量调制策略,提出基于逻辑法的DSP+CPLD结构三电平PWM脉冲的发生方法,并给出逻辑法的实现思路。该方法占用CPLD芯片逻辑单元少,实现简单。最后,论文以DSP（TMS320LF2407A）为主控制器,搭建基于DSP+CPLD控制结构的三电平PWM整流器实验平台,完成了相关算法的实验。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 三电平PWM整流器研究概况
• 1.2.1 三电平PWM整流器拓扑结构
• 1.2.2 三电平PWM整流器数学模型
• 1.2.3 三电平PWM整流器控制策略
• 1.2.4 三电平PWM整流器脉宽调制技术
• 1.2.5 三电平PWM整流器中点平衡控制
• 1.3 本论文的主要研究内容与课题创新点
• 1.3.1 本课题的主要研究内容
• 1.3.2 本课题的创新点
• 2 三电平PWM整流器数学模型
• 2.1 三电平PWM整流器拓扑结构及其工作原理
• 2.2 三电平PWM整流器的低频数学模型
• 2.2.1 三相静止坐标（abc）系下的低频数学模型
• 2.2.2 两相静止坐标（αβ）系下的低频数学模型
• 2.2.3 两相旋转坐标（dq）系下的低频数学模型
• 2.3 三电平PWM整流器的高频数学模型
• 2.3.1 三相静止坐标（abc）系下的高频数学模型
• 2.3.2 两相静止坐标（αβ）系下的高频数学模型
• 2.3.3 两相旋转坐标（dq）系下的高频数学模型
• 2.4 考虑直流侧中点电压不平衡下的三电平PWM整流器高频数学模型
• 2.5 本章小结
• 3 三电平PWM整流器闭环控制策略
• 3.1 整流器闭环控制原理
• 3.1.1 间接电流控制
• 3.1.2 直接电流控制
• 3.2 整流器闭环控制仿真
• 3.2.1 间接电流控制
• 3.2.2 直接电流控制
• 3.3 本章小结
• 4 三电平PWM整流器弃用中矢量的对称三区脉宽调制策略
• 4.1 三电平空间电压矢量对中点电位的影响
• 4.1.1 三电平PWM整流器空间电压矢量分布
• 4.1.2 从拓扑出发分析各电压矢量对直流侧中点电位的影响
• 4.1.3 从数学模型出发分析各电压矢量对直流侧中点电位的影响
• 4.2 弃用中矢量的对称三区电压矢量调制策略
• 4.2.1 区域划分及其电压矢量选择
• 4.2.2 电压矢量调制策略
• 4.3 四象限镜像的扇区判断和时间计算方法
• 4.3.1 四象限镜像的扇区判断
• 4.3.2 四象限镜像的时间计算
• 4.4 对称三区电压矢量调制策略仿真
• 4.4.1 整流器稳态特性
• 4.4.2 整流器交流侧桥臂中点相电压与线电压
• 4.4.3 三电平PWM整流器直流侧中点电位
• 4.5 本章小结
• 5 基于逻辑法的DSP+CPLD三电平PWM整流器脉冲发生方法
• 5.1 基于DSP+CPLD的三电平整流器控制框图
• 5.2 基于DSP+CPLD脉冲发生方法分析
• 5.2.1 对称三区电压矢量脉宽调制策略的脉冲分析
• 5.2.2 基于逻辑法的DSP+CPLD脉冲发生方法
• 5.3 DSP+CPLD脉冲发生程序设计
• 5.3.1 DSP+CPLD脉冲发生中的DSP程序设计
• 5.3.2 DSP+CPLD脉冲发生中的CPLD程序设计
• 5.4 基于逻辑法的DSP+CPLD脉冲发生仿真与实验
• 5.4.1 基于逻辑法的DSP+CPLD脉冲发生器仿真
• 5.4.2 基于逻辑法的DSP+CPLD脉冲发生器实验
• 5.5 本章小结
• 6 三电平PWM整流器硬件和软件设计
• 6.1 三电平整流器硬件设计
• 6.1.1 三电平整流器主电路
• 6.1.2 三电平整流器控制电路
• 6.2 三电平整流器软件设计
• 6.2.1 DSP主程序的设计
• 6.2.2 键盘处理程序的设计
• 6.2.3 控制算法的设计
• 6.2.4 保护中断子程序的设计
• 6.3 三电平PWM整流器实验分析
• 6.3.1 间接电流控制的三电平PWM整流器实验波形
• 6.3.2 电流解耦控制的三电平PWM整流器实验波形
• 6.3.3 对称三区调制策略实验波形
• 6.4 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 下一步工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 在校期间发表的论文
• 申请专利
• 参与项目