基于Matlab的PWM整流器的仿真研究论文(内附中英文翻译)

本科生毕业设计专业：电气工程及其自动化设计题目：PWM整流器的仿真研究毕业设计题目:PWM整流器的仿真研究毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求：1.学习PWM整流技术方面的基础知识；2.对PWM整流器的主电路设计进行初步研究；3.对目前应用比较广泛的PWM整流电路控制策略进行总结分析和比较，并进行仿真分析。院长签字：指导教师签字：摘要随着电力电子技术的广泛应用与发展，供电系统中添加了大量的非线性负载，引起电网电压、电流的畸变，导致电力污染，实现“绿色”电能变换成为目前电力电子技术研究的重点之一。在众多谐波治理措施中，使用PWM整流器来调节网侧功率因数，实现能量双向流动这一主动改善电能质量的技术得到了深入的研究和发展。本文基于三相两电平PWM整流器结构，对PWM整流器的控制策略进行了研究。PWM整流器的工作原理及数学模型是实现整流器控制的基础。本文分析了PWM整流器各种工作状态的工作原理，基于开关函数和占空比两种描述方法建立了PWM整流器的数学模型。对PWM整流器的有效控制是实现其改善电网质量的关键技术。本文重点分析了滞环电流控制和电流前馈解耦控制两种控制策略，并采用电压控制外环和电流控制内环组成的双闭环控制系统，而且对控制器的参数进行了设计，为PWM整流器的控制奠定了理论基础。最后运用MATLAB/Simulink构建了三相VSR仿真平台，对实验结果进行分析，证明了控制策略的正确性。关键词：PWM整流器；数学模型；控制策略；仿真AbstractRecentyears,powerelectronicdeviceshavebeenusedwildlyusedinvariousindustrialapplicationsasessentialmodules.Alargepartofthesefacilitiesarecomposedofdiodesorthyristors,whichbringsevereharmonicspollutiontothepowergrid.Thegreenconverterofpowerhasbecomethestudykeypointofpowerelectronictechnology.Amongthemethodsofharmonicrestraining,thetechnoogyofusingPWMrectifier,whichcanmodulatethegridpowerfactor,emplementthebidirectionaltransmissionofpowerandimprovethepowerqualityactivelyhasgottenin-depthstudyanddevelopment.ThispaperstudiedonthecontrolstrategyofrectifierbasedonthestructureofthestructureofthreephasePWMrectifier.TheworkingprincipleandmathematicmodelofPWMrectifieristhebaseofrectifier'scontrol.ThispaperanalyzedtheworkingprincipleofPWMrectifierateveryworkstate,andbuilttheACmathematicmodelofPWMrectifierbasedontheswitchingfunctionanddutyratio.TheefficientcontrolofPWMrectifieristhekeytechnologyofimprovinggridquality.Thispaperanalyzedthetwocontrolstrategyofhysteresiscurrentcontrolandfeed-forwarddecoupledcurrentcontrol,anddesignedtheparameterofthecontroller,andsettledthetheorybaseofthePWMrectifier'scontrol.Athree-phaseVSRsimulationplatformisbuiltwithSimulinksoftware,andthesimulationresultsprovethecorrectnessofthecontrolstrategy.Keywords：PWMrectifier;mathematicmodel;controlstrategy;simulation目录1绪论......................................................................11.1PWM整流器概述.......................................................11.2研究PWM整流器的意义................................................11.3PWM整流器的研究现状.................................................21.4本课题研究内容......................................................32PWM整流器的工作原理、拓扑结构以及数学模型................................42.1PWM整流器的工作原理.................................................42.2PWM整流器拓扑结构...................................................52.3三相VSR一般数学模型................................................92.3.1采用开关函数描述的VSR一般数学模型...........................102.3.2采用占空比描述的VSR一般数学模型.............................112.4基于两相αβ（静止）坐标系的数学模型...............................132.5基于两相dq（同步）旋转坐标系的数学模型............................143PWM整流器的控制策略.....................................................163.1PWM整流器的间接电流控制............................................163.2PWM整流器的直接电流控制............................................173.3基于同步旋转坐标下的PWM整流器的双闭环控制.........................194三相VSR的系统设计.......................................................214.1电流内环控制器的设计...............................................214.2电压外环控制器的设计...............................................234.3主电路参数设计.....................................................244.3.1交流侧电感设计...............................................244.3.2直流侧电容的设计.............................................285三相VSR的仿真研究.......................................................305.1仿真软件介绍.......................................................305.2三相VSR的仿真研究.................................................30总结.......................................................................42参考文献...................................................................43翻译部分...................................................................43英文原文...............................................................44中文译文...............................................................55致谢.....................................................................651绪论1.1PWM整流器概述非线性负载被引入电网，导致了日趋严重的谐波污染。电网谐波污染的原因有好多种，但是根本原因在于电力电子装置的开关工作方式，从而引起网侧电流、电压波形的严重畸变。在我国，当前主要的谐波源主要是一些整流设备，如化工和冶金行业的整流设备以及各种调速、调压设备和电力机车等。最常见的整流方式是采用二极管不控整流电路或晶闸管相控整流电路，运用二极管不控整流电路从电网吸取畸变电流的同时又对电网注入了大量谐波及无功，造成了严重的电网谐波污染，而且直流侧能量无法回馈电网。采用相控方式的整流器也存在很多问题，在深度相控下交流侧功率因数很低，因换流引起电网电压波形畸变等缺点。这些整流器从电网汲取电流的非线性特征，给周围用电设备和公用电网都会带来不良的影响。针对上述两种整流电路的不足，PWM整流器对传统的二极管及相控整流器进行了全面的改进。PWM整流器关键性的改进在于用全控型功率开关管取代了半控型功率开关管或二极管，以PWM整控整流取代了相控整流或不可控整流。PWM整流器具有很多优良的性能，例如：实现网侧功率因数的控制(比如单位功率因数)，网侧电流更接近正弦波，电能实现双向流动，具有较快的动态响应。为了抑制电力电子装置产生的谐波，其中最直接的一种方法就是对整流器本身进行改进，使其尽量不产生谐波，且电流和电压同相位。这种整流器被称为高功率因数变流器或高功率因数整流器。高功率因数变流器主要采用PWM整流技术，大多数都需要使用自关断器件。对电流型整流器，可直接对各个电力半导体器件的通断进行PWM调制，使输入电流变成接近正弦且与电源电压同相的PWM波形，从而得到接近1的功率因数。对电压型整流器，需要将整流器通过电抗器与电源相连。只要对整流器各开关器件施以相应的PWM控制，就可以对整流器网侧交流电流的大小和相位进行控制，不仅可以实现交流电流接近正弦波，而且可以使交流电流的相位与电源电压同相，就是系统的功率因数总是接近于1。1.2研究PWM整流器的意义在电力系统中，电流和电压应是完整的正弦波。但是在我们实际生活中的电力系统中，由于非线性负载等因素的影响，电网电压和电流波形总会存在不同程度的畸变，给电力输配电系统和附近的其它电气设备带来许多相关问题，所以就应该采取必要的措施限制其对电网和其它设备的影响。随着电力电子技术的迅速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通、家庭等众多领域中广泛应用，很多场合需要大量各种类型的