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随着工业、铁路以及新能源产业的发展,PWM整流器的应用日益广泛,因此研究高性能的PWM整流技术非常必要。本文以NPC型三电平PWM整流器为研究对象,对其锁相环技术和控制策略进行深入的研究,主要的工作和结论有:针对传统的同步坐标系锁相环(Synchronous Reference Frame Phase Locked Loop,SRF-PLL)存在PI参数整定复杂,并且在电网电压不平衡情况下锁相精度差的问题,简单介绍SRF-PLL技术的锁相原理,分析电网电压不平衡时负序分量对SRF-PLL技术锁相精度的影响机理。在此基础上,根据二阶广义积分器(Second-order Generalized Integrator,SOGI)和固定增益滤波器(Fixed Gain Filter,FGF)原理提出仅需调节一个参数就能在电网电压不平衡时进行精确锁相的SOGI-FGF锁相算法,对该算法进行详细的介绍并做稳定性分析。最后,在Matlab软件上对SRF-PLL和SOGI-FGF锁相方法进行仿真对比。针对三电平PWM整流器传统的模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)交流侧电压存在幅值过高跳变的问题,将开关切换作为约束条件限制开关状态在1和-1之间的直接切换。首先从PWM整流器的基本原理入手,对其数学模型进行详细推导,为PWM整流器的MPC算法做好铺垫;然后简单介绍MPC算法的原理,并结合数学模型得到三电平PWM整流器的预测模型,将交流侧电流跟踪性能、中点电位平衡以及开关切换次数作为控制目标设计价值函数并进行滚动优化,得到最优的开关状态,实现对PWM整流器的有效控制。针对单步长MPC算法存在局部最优和多步长MPC算法存在计算量过大的问题,提出一种基于球形解码的多步长MPC策略。首先介绍球形解码算法的基本原理,通过代数运算将价值函数转化为能采用球形解码算法解决的最小二乘问题,然后采用分支定界的思想对多步长MPC进行快速寻优。由于中点电位的预测公式不能直接加在价值函数的转化过程中,因此本文将中点电位作为约束条件,以限制球形解码算法中超球半径的更新,从而控制中点电位平衡。最后,在NPC型三电平PWM整流器的实验平台上对本文所述的控制方法进行实验验证。该论文有图69幅,表7个,参考文献83篇。