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电压型PWM整流器控制策略研究.pdf

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分类号密级 UDC 学位论文 电压型PWM整流器控制策略研究 作者姓名：黄凯征 指导教师：王旭 东北大学电子科学与技术研究所 申请学位级别：博士学科类别：工学 学科专业名称：检测技术与自动化装置 论文提交日期：2008年11月10日论文答辩日期：2009年1月6日 学位授予日期：答辩委员会主席： 评阅人： 东北大学 2008年11月 ADissertationfortheDegreeofDoctorinMeasurementTechnology& Instrumentation ResearchonVoltageSourceRectifierscontrolstrategies byHuangKaizheng SupervisorWangXu NortheasternUniversity November2008 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加 以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为 获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论 文中作了明确的说明并表示诚挚的谢意。 学位论文作者签名： 签字日期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 （如作者和导师同意网上交流，请在下方签名：否则视为不同意） 学位论文作者签名：导师签名： 签字日期：签字日期： -I- 东北大学博士学位论文摘要 电压型PWM整流器及其控制策略研究 摘要 PWM整流器以功率因数可调、网侧电流正弦化、能量可双向传输，真正实现了“绿 色电能变换”，已成为电力电子技术中的一个重大课题。PWM整流器根据直流储能元件 不同分为电压型PWM整流器和电流型PWM整流器。电压型PWM整流器以其简单的 结构、较低的损耗、方便的控制等一系列的优点，一直成为PWM整流器研究的重点。 本文着重研究了电压型PWM整流器及其控制策略，主要包括以下内容： 介绍了PWM整流器的基本工作原理及拓扑结构，对电压型PWM整流器的数学模 型进行了分析。针对在电压型PWM整流器控制系统设计中常采用的双环控制，即电压 外环和电流内环，给出了电流环和电压环的设计方法。由于这种控制系统中有三组需要 确定的PI控制器参数，想要获得良好的设计结果比较困难。本文给出了一套简单可行 的参数整定方法，包括L、C的取值范围及直流电压下限的确定、电压环限幅确定、PI 参数确定、功率因数校核及参数敏感性检测等五个步骤。本文对这一整定方法进行了详 细介绍，并给出设计及仿真实例，对该方法的应用进行了说明与验证。 由于电压型PWM整流器属于非线性混合控制系统，用线性控制方法难以获得良好 的动态性能。为了提高整流器的性能，本文基于功率平衡理论，采用解耦状态反馈控制 方法，分析并建立了三相电压型PWM整流器d-q坐标系下的线性化数学模型，在此基 础上，提出了状态反馈解耦控制电流内环和直流电压平方外环的电压型PWM整流器新 型控制策略。由于采用直流电压平方外环，使典型的非线性模型线性化，控制器设计直 观精确，提高了直流电压和网侧电流的跟踪能力，改善了波形。 PWM整流器是一个多变量、非线性、强耦合的时变参数系统，要得到高性能的PWM 整流器控制系统必须应用现代控制理论和先进控制策略使系统具有强鲁棒性，以克服参 数变化、负载变化及非线性因素对系统性能的影响。滑模变结构控制是一种强鲁棒性的 控制方法，对系统数学模型精度要求不高，具有快速响应、对参数及外部扰动变化不敏 感、无需系统在线辨识，实现简单而且很适合计算机实现等优点，因此，很适合高性能 的PWM控制系统。本文研究了滑模变结构控制的设计及应用问题，针对三相电压型 PWM整流器使用常规PI控制对系统参数变化较为敏感的弊端，提出了一种基于滑模变 结构的电压环非线性控制方案，该方案采用一种新颖的α-β坐标系下的开关表设计方法， 不仅可以取得滑模算法良好的动态响应特性，而且有效地降低了开关频率。 在电压环滑模控制方案的基础上，提出了一种基于等效控制的积分变结构电流控制 方法，从而获得了PWM整流器闭环滑模控制的统一综合设计。该方法把电路的不确定 参数变化引入到切换函数中去，实现电流的高效控制，使其具有快速跟踪特性、良好的 鲁棒性，甚至是不变性。 -II- 东北大学博士学位论文摘要 直接功率控制是今年来发展起来的三相PWM整流器控制技术，本文在研究传统直 接功率控制的基础上，