基于SVPWM的三相电流型多电平整流器的控制与设计

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多电平整流器因其可以实现交流侧电流正弦化、使系统运行于单位功率因数以及功率因数可调、谐波含量很小等特点而备受关注。随着超导技术的日渐成熟,电流型多电平整流器的一些劣势得以改善,应用也日渐增多,其控制策略方面的研究则成为其应用的关注点之一。其中,空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)控制策略由于具备易于数字化实现、有较低的开关损耗和动态性能较好等优点,能够很好地适用于电流型多电平整流器。本文主要研究基于SVPWM算法的三相电流型多电平整流器的控制和设计,具体完成工作概述如下:(1)研究了三相电流型多电平整流器的数学模型。首先,根据单模块的的低频等效电路,分析得到三相电流型多电平整流器的低频等效电路,由此得出交流侧三相电路彼此独立、不存在耦合的结论。通过单独分析一相电路进而同理分析三相电路,在考虑开关管函数模型的基础上,进行了谐波分析,最终得到了三相电流型多电平整流器的高频数学模型。(2)研究了基于单个模块的SVPWM控制策略。三相电流型PWM整流器的控制系统采用双闭环设计,存在两个控制目标,一是直流侧电流跟踪给定值,二是三相网侧电压、电流同相位,即系统保持在单位功率因数运行。最后,对所提控制策略进行了仿真和实验验证。(3)提出了基于多个模块并联的SVPWM控制策略。首先,绘制出了三相电流型7电平整流器的空间矢量图,分析其矢量图,将矢量进行分类,并进一步筛选矢量。然后在矢量图的基础上,根据等效原则,分析矢量作用方式,对矢量作用时间进行计算。接着对合成矢量和基础矢量进行一个基础定义,分析了合成矢量与基础矢量的关系,并确定了合成矢量、基础矢量与开关管的对应关系,同时提出了扇区独立化原理,为第四章的模块均流问题研究提供了理论基础。最后,在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,进行仿真验证。(4)对模块并联的均流问题进行了研究,提出了多个模块均流控制策略。首先,对两个模块并联的整流器进行均流分析,并基于SVPWM算法研究了不同矢量合成方式,提出了一种新型矢量控制方法,从而实现了两个模块的均流。在此基础上,对三个模块并联的均流理论进行了分析,提出了三个模块的均流理论方法,同时也提出了基于直流侧分流电感电流反馈的均流方法。最后,基于MATLAB/Simulink仿真平台对三种均流方法进行了仿真验证。(5)本文设计并搭建了基于TMS320F28335 DSP的实验平台,对硬件电路、实验元器件参数和规格进行了设计和选型。对交流侧LC滤波参数和负载侧平波电感进行了设计。最后,对单个模块的SVPWM算法进行了验证。
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