三相高功率因数可逆整流器仿真研究

论文摘要

随着现代电力电子技术的发展,蓄电池充电机在日常的经济生活中发挥着越来越重要的作用。传统的蓄电池充电装置大多采用晶闸管整流,但其网侧功率因数偏低,网侧电流畸变对电网产生严重的谐波污染;工作频率低下,充电装置体积大,能量不能实现双向流动,降低了能量传输效率。本文设计了一种三相电压型空间电压矢量脉宽调制（Space Voltage Vector Pulse Width Modulation,SVPWM）可逆整流器,该整流装置能实现网侧单位功率因数、输入电流波形品质好、直流输出电压稳定,具有整流和逆变双重功能。论文所做工作如下:1)本文研究了整流器高功率因数的实现方法,分析了单相及三相电压型PWM可逆整流器的拓扑结构和工作原理,分别在三相静止坐标系和两相旋转坐标系下建立了可逆整流器的数学模型。坐标变换模块实现了abc三相静止坐标系和dq两相旋转坐标系间的相互变换,一方面满足了控制算法需要,另一方面提供了一种通过dq坐标系下的直流量对abc坐标系下的三相交流量进行分析的方法。2)分析了三相电压型PWM可逆整流器的控制策略,针对三相电压型可逆整流器实际控制系统的需求,引入了基于前馈解耦的双闭环控制策略。在分析传统SVPWM算法的基础上,为了节约硬件空间,给出了SVPWM简化算法。3)分析基于前馈解耦策略的双闭环控制系统,设计了三相电压型SVPWM可逆整流器主电路参数和控制系统参数。由于电网电压、电流采集时存在噪声,在交流侧前端置FIR滤波器,以提高系统的稳定性;基于实际电网电压波形由于不同因素导致会有一定畸变,在传统硬件锁相以及单相数字锁相在电网电压频率漂移时,不能快速准确锁定输入电流相位问题,设计了一种新型的三相坐标变换锁相环,给予了原理分析并建立数学模型,为可逆整流器高功率因数的实现提供了一种新的解决办法。4)在Matlab/Simulink中构建基于前馈解耦的双闭环控制模型,构建基于坐标变换的数字锁相环模型和简化SVPWM调制方法模型构建。进行连续域模型仿真研究系统动态、稳态及抗扰性能。5)基于VHS-ADC高速数字信号处理平台上构建了可逆整流器控制系统离散域模型,构建的系统部分模型丰富了Matlab的工具箱。离散域系统仿真结果表明:该装置能实现网侧单位功率因数、网侧电流波形品质好、直流输出电压稳定,具有整流和逆变双重功能。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景及意义
• 1.2.1 谐波问题
• 1.2.2 功率因数问题
• 1.3 国内外PWM 整流器的研究现状
• 1.4 论文的主要研究内容
• 2 高功率因数 PWM 可逆整流器工作原理及建模分析
• 2.1 PWM 可逆整流概念
• 2.2 改善功率因数的方法
• 2.3 PWM 可逆整流电路工作原理
• 2.3.1 单相电压型SPWM 可逆整流器工作原理
• 2.3.2 三相电压型PWM 可逆整流器的拓扑结构和工作原理
• 2.4 三相电压型PWM 可逆整流器建模分析
• 2.4.1 abc 静止坐标系下整流器数学模型
• 2.4.2 d-q 旋转坐标系下整流器数学模型
• 2.5 小结
• 3 应用新型数字锁相环的 PWM 可逆整流器系统设计
• 3.1 三相高功率因数PWM 可逆整流器控制策略
• 3.1.1 间接电流控制
• 3.1.2 直接电流控制
• 3.2 基于前馈解耦的矢量控制策略
• 3.3 三相电压型PWM 可逆整流器控制系统设计
• 3.3.1 电流内环控制器的设计
• 3.3.2 电压内环控制器的设计
• 3.4 功率电路参数选择
• 3.4.1 直流侧电压的选择
• 3.4.2 交流侧输入电感的设计
• 3.4.3 直流侧输出电容的选择
• 3.5 FIR 数字滤波器
• 3.6 新型数字锁相环的设计
• 3.6.1 数字锁相环的原理
• 3.6.2 新型数字锁相环设计
• 3.7 小结
• 4 三相高功率因数 PWM 可逆整流器系统仿真研究
• 4.1 Matlab/Simulink 中系统模型的构建及仿真
• 4.1.1 数字锁相环模型的构建及仿真
• 4.1.2 改进型SVPWM 调制方法模型构建
• 4.1.3 基于前馈解耦矢量控制策略的系统仿真研究
• 4.2 系统离散域模型的构建及仿真
• 4.2.1 VHS-ADC 高速数字信号处理系统
• 4.2.2 离散域系统模型的构建
• 4.2.3 基于VHS-ADC 平台的离散域系统仿真研究
• 4.3 小结
• 5 结束语
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A.作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B.作者在攻读学位期间参与的科研项目目录