三相三电平PWM整流器控制策略研究

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随着功率半导体开关器件的发展,各种变流装置在各行各业中有着非常广泛的应用,而变流装置基本上都需要整流环节,二极管整流是主要实现手段。由于二极管为不可控型器件,无法实现对整流器的单位功率因数正弦波控制,因此,不可控整流器将产生大量的谐波和无功,是电网的谐波污染源。而PWM整流器采用的是全控型器件,可以通过控制让整流器运行于单位功率因数,保证电流波形为正弦波,减少了谐波和无功的产生,减少了对电网的污染;同时PWM整流器能够四象限运行,能将能量回馈给电网,提高了电能的利用率。与两电平PWM整流器相比较,三电平PWM整流器具有更好的性能,这是因为随着电平数的增加,交流侧的电流波形正弦度更好,谐波含量更低,同时三电平整流器中开关器件所承受电压为两电平整流器中开关器件所承受电压的一半,所以,三电平PWM整流器更加适用于高压大容量领域中,在未来市场中具有很好的应用价值。因此,开展对三电平PWM整流器的研究有着重要的现实意义。  本文以二极管箝位型三相三电平PWM整流器为研究对象,以A相为例,对整流器的工作过程分三种情况进行了详细分析,总结了每种工作状态下各开关管和箝位二极管所承受的电压情况。在三种坐标系中,通过引入通用矢量,利用等量变换原则,推导出了坐标变换公式。建立了整流器在旋转坐标系下的数学模型,从数学模型中分析得知,有功电流和无功电流相互耦合,采用了电流前馈解耦的控制方法以实现对电流的解耦控制,给出了整流器的系统双闭环控制框图。  研究了两种不同坐标系下的空间电压矢量调制方法,即基于正交坐标系和60°坐标系下的SVPWM算法。通过研究发现,采用7段式的矢量调制算法,在一些扇区中,总有一个小矢量没有成对参与调制,会对中点电压产生大的影响,必须加以控制。为了克服7段式矢量调制算法的不足,实现对中点电压的控制,本文提出了一种基于9段式与7段式混合调制的中点电压平衡控制方法,给出了算法实现的具体过程。为了验证本文所阐述的算法的正确性,搭建了相应的仿真平台和实验平台,对所阐述的算法进行验证,结果证明了算法的正确性。  
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