论文总字数：21195字

摘 要

PWM整流器有双向流动的稳定功率、电流谐波含量低输入等特点，在交流传动，无功补偿，滤波，等方面得到了广泛的应用。

传统的PWM整流器在电网电压平衡时，也就是理想条件下可以实现良好的整流效果，动态性能和静态性能具佳。具有开关频率，产生的谐波较小和动态响应迅速等优点，但是在电压不平衡的时候会带来功率振荡和电流失真，和直流母线电压波动等问题。 实际上，三相电压一般是不平衡的，例如单相大功率负载的长期运行，导致网络不对称。此时，传统的控制策略容易在DC侧和AC侧产生谐波，甚至在严重情况下烧毁设备。

为了解决或改善这种情况，本项目主要研究了在三相电压不平衡状态下控制PWM整流器异常运行的方法。 首先，建立了一般条件下坐标系中的数学模型。然后根据该模型推导出网格不平衡的数学模型。 然后，回顾影响三相PWM整流器正常运行的原因。并找出在影响条件下运行所造成的结果。之后建立仿真模型并模拟出结果。最后比较仿真模拟结果，得到最优控制方法。

此次设计采用在建立数学模型的基础上，使用Matlab软件作为仿真实验平台，采用正负序电流法，对不平衡电压下的三相PWM控制器进行控制策略研究。

关键词：PWM整流器 不平衡电网 双电流控制 Matlab

Research on Control Strategy of Three-phase PWM Rectifier in Unbalanced Power Grid

Abstract

Pulse width modulation (PWM) rectifiers have many advantages, such as high power factor, low input current harmonic content, constant DC voltage, and bidirectional power flow.

Traditional PWM rectifiers predict current control for good dynamic and static performance in an ideal grid. It has the advantages of fixed switching frequency, small harmonics and fast dynamic response, but it will bring power pulsation, current distortion and DC bus voltage fluctuation under unbalanced power grid. In reality, the three-phase voltage is usually unbalanced, such as the long-term operation of high-power single-phase load, which causes the asymmetry of power grid.

In order to solve or improve this situation, this design mainly focuses on the abnormal operation of PWM rectifier under unbalanced three-phase voltage. Firstly, the mathematical model of three-phase PWM rectifier in (a, b, c) coordinate system under ideal conditions is established, and then the reasons affecting the normal operation of the rectifier and the results under the influence conditions are analyzed. Then the positive and negative sequence currents are decomposed into vectors, and the mathematical model in the two-phase synchronous rotating coordinate system (d, q) is established. A fully symmetric positive and negative sequence dual current inner loop control structure is introduced to realize the vector strategy of positive and negative sequence voltage and current orientation, respectively, to eliminate the influence of unbalanced power grid.

This design simulation experiment platform uses MATLAB software to build a double-loop voltage and current control system on the basis of mathematical model, and simulates the current control structure of double-loop current control.

Key words : PWM rectifier Unbalanced power grid Dual Current Control Matlab

目录

摘要...............................................................................................................................................І

Abstract.......................................................................................................................................П

第一章 绪论 1

1.1三相PWM整流器的现状与发展概况 1

1.2 三相PWM整流器控制策略现状 2

1.3 不平衡状态下的三相PWM整流器控制研究现状 3

1.4本次设计的主要目标 4

第二章 三相PWM整流器的工作原理及其控制 1

2.1 电压型三相PWM整流器的数学模型 1

2.2 电网平衡状态下的数学模型 2

2.2.1两相静止坐标系下的数学模型 2

2.2.2电网平衡时两相同步旋转坐标系下的数学模型 4

2.3 电网不平衡状态下的数学模型 6

2.3.1电网电压不平衡时三相VSR建模 6

2.3.2 dq坐标系下的数学模型 8

2.4交流侧电感参数设计原理 11

2.5 直流电容参数设计原理 12

2.7本章小结 15

第三章 电网平衡和不平衡状态下PWM整流器控制策略 16

3.1电网平衡时三相PWM整流器器的控制策略 16

3.2 电网不平衡时三相PWM整流器的控制策略研究 18

3.2.1同步旋转坐标系下的PI调节方式 18

3.2.2正负序电流法控制调节方式 19

3.3本章小结 22

第四章 电网平衡和不平衡状态下PWM整流器Matlab仿真 23

4.1 电网平衡时三相PWM整流器Matlab/simulink仿真 23

4.1.1平衡状态下的三相PWM整流器模拟结果 23

4.1.2 不平衡状态下传统控制方式模拟结果 24

4.1.3 电网不平衡状态下改良控制方式模拟结果 26

4.2 仿真结果对比 27

4.3 本章小结 28

第五章 总结与展望 29

5.1 全文总结 29

5.2 今后工作的思考 29

参考文献 30

致谢 32

第一章 绪论

1.1三相PWM整流器的现状与发展概况

中国正在见证前所未有的能源转移。 随着2013年煤炭消费达到顶峰，中国致力于发展清洁能源并逐步取代煤炭,使用低碳能源促进未来发展^[1]。作为应对气候变化和空气污染的国家战略的重要组成部分，可再生能源正在加速替代煤炭这一碳密集和污染密集型燃料:截至2018年，中国可再生能源投资占全球可再生能源投资的三分之一，投资总额比2007年增长近100倍。二十多年来，随着投资的持续增长，中国可再生能源消费占能源消耗总量的比重稳步上升。对清洁能源需求的日益增大，促使人们对电能的使用率提出更高的要求。我国电力部门在1994年颁布了《电能质量电网谐波》，规定公用电网等领域谐波电流限定值^[2]。网络操作说明明确指出“在计划停电和停电（除非发生异常情况）下，运输系统的谐波必须符合《电能质量公用电网谐波》和《电力系统谐波管理暂行规定》的要求。”为了满足上述要求，PWM组件由于其在电流侧，电网的正弦侧和功率因数方面的稳定性而引起了广泛关注。在此阶段，集成了高效的发电机和固定式无功发生器。宽网络电源控制器，太阳能风电等与可再生能源电网相关的发电领域。

请支付后下载全文，论文总字数：21195字