三相电压型pwm整流器复合迭代控制策略研究

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1、三相电压型PWM整流器复合迭代控制策略研究第一章绪论1.1课题背景和意义随着电力电子技术的飞速发展，各式各样的变流器相继出现，这些变流装置广泛应用于电能输送、机车牵引、能量储存、分布式发电、新能源等各个领域，如整流器、逆变器等在变频器、开关电源、UPS中有广泛的应用。由于整流器是连接电网侧与用电设备侧的接口，因此它对于这些变流装置是很重要的，可以用其得到稳定的直流输出电压。然而，早期的不控整流和相控整流会使得网侧功率因数降低，并向电网注入很大一部分的谐波和无功功率，会对电网造成极大地危害[1]。无功功率自身不存在危害，但是它的增加会导致电网效率降低，供电能力下降。如果不采取措施有效抑制，就可

2、能使电网出现故障。谐波的大量累积会使得线路损耗增多，使供电可靠性降低的同时也提升了电网运营成本[2][3]。电网中的谐波源在满足某些条件的情形下易发生谐振，这会危及电网安全并诱发输配电事故。另外，谐波可能导致继电保护及其自动装置发生误动，测量仪表不精确；通讯信号质量下降，严重时可能会影响系统的正常运行[4]。从上述对无功功率和谐波的危害分析可以看出，谐波和无功功率不仅对用电设备产生影响，更会对电网造成巨大的危害。很多国家已经颁发了允许出现最大谐波的标准，而拟定原则是规范流经电网的谐波电流。对于谐波及无功功率产生的危害，现在大致包含两类处理方案。其一是对已经产生的谐波和无功进行补偿，是一种对各

3、类谐波源都有效的被动处理方式；另一种是改造产生谐波的装置，从污染的源头进行治理，是一种主动的处理方式。若按第一种方式来消除谐波，通常情况下选取普通的LC滤波器，但是它只能补偿固定的谐波和无功。有源滤波器（APF）能够补偿变化的谐波和无功功率，弥补了传统方法存在的缺陷，因而引起广泛关注。APF可以滤除2~60次谐波，但是受硬件条件的限制，因此应用范围存在一定的局限性，目前应用最高电压等级低于690V。因为绝大多数谐波是由整流装置产生，因此提高整流器性能使其产生的谐波污染变小是当务之急。P整流器可以四象限运行，其网侧电流逼近正弦波，并且能量能够双向流动，达到了绿色电能转换的目的。因此，不断研发提

4、高P整流器的性能，可以有效地治理谐波污染并促进绿色电能的转换。..........1.2P整流器的研究现状自1980年以来，对于整流器的相关研究随着基于不同坐标变换下控制策略的提出而达到了一个新高度。伴随着研究的逐步推进，P整流器在一些领域的应用也取得了长足进步，如HVDC、ED和新能源的并网发电等[5]。这些应用技术的不断发展又极大地推动了P整流器的日渐成熟。关于其主电路拓扑结构方面的研究，近些年来改进不是很大。在设计过程中要尽可能地使其结构简单，系统成本低、损耗小，并且削减开关管数。依照直流侧不一样的储能特点，能够把P整流器归结为两大类。直流侧选取电容进行储能的是电压型P整流器（Volt

5、ageSourceRectifier），简称VSR；直流侧选取电感进行储能的是电流型P整流器（CurrentSourceRectifier）简称CSR。由于不同装置的功率等级各异，因此研究的主要方向也不尽不同。比如在中小功率场合，研究重点为减少开关管的数目并尽可能地提高电压的利用率[6][7]。在电压等级高，容量比较大的场合，大多选取多电平拓扑结构，变流器组合的拓扑则较多用于电流等级比较大的场合。在功率等级比较大的应用场合，研究重点是软开关技术的实现，但是需要对其进行改进。（1）单相VSR拓扑结构图1.1是单相半桥VSR的拓扑结构图，图1.2表示的是单相全桥VSR的拓扑结构。半桥结构的H桥右

6、侧并联了两个电容器，这就涉及到了电容均压的问题，多用于低电压、小功率的场合。全桥结构的H桥由4个功率开关管构成，直流侧电容起到了储能和滤波的作用，多用于容量较大的场合[8]。..........第二章三相电压型P整流器工作原理及其建模分析本文主要研究了三相半桥VSR，相比于传统二极管和晶闸管整流，它具有如下优点：（1）网侧电压电流基本保持同相位；（2）网测电流为正弦波；（3）能量可以双向流动。由此可知，P整流设备不再是单纯概念下的AC/DC变流装置。因为能量能够双向流动，如果三相VSR从电网吸收电能时，它运行于整流状态，此时网侧电压电流同相位。如果三相VSR向电网提供电能时，它运行于逆变状态

7、，此时网侧电压电流相位相反[25]。2.1整流器参数指标及其工作原理图2.1为三相VSR的模型电路图，此电路是由交流回路，开关管桥路，直流回路三部分构成。其中，交流回路由e和L组成；开关管桥路由三组IGBT及其反并联二极管构成；直流回路由R及其电动势构成。图（a）是整流器处于纯电感运行状态示意图，图（b）表示整流器处于正电阻运行状态，图（c）时整流器处于纯电容运行状态，图（d）表示整流器处于负电阻运行状态。当