论文摘要：同步坐标系下的PWM整流器控制研究

随着电力电子技术的发展，电力电子装置的广泛应用给电力系统带来严重的谐波污染。而在电力电子装置中，整流装置所占的比例最大，故采用新型的PWM高频整流器代替传统的二极管整流电路或晶闸管相控整流装置是解决谐波污染和提高功率因数的最有效途径之一。本文以三相电压型PWM整流器为对象，在 同步坐标系下对其控制进行了研究。本文所作的研究工作及取得的创新成果如下： 通过对电流状态反馈解耦中电流和电感的测量误差对解耦性能的影响进行分析和讨论，指出电流的完全解耦依赖于对电感及电流值的精确测量，参数的测量误差会使电流的解耦不彻底，对电流控制的性能产生较大的影响。为减小或消除这些因素的影响，提出了电流前馈补偿解耦控制方法，通过对其传递函数频率特性波德图的分析及仿真研究，表明这种方法对电感等参数的测量误差及变化具有较强的鲁棒性，因而提高了电流解耦控制性能。 在对PWM整流器的 同步坐标系数学模型及控制方法进行研究的基础上，指出通常的控制方法只保证了期望的稳态性能，不能保证在动态过程中电流的快速跟踪。通过对影响电流动态响应速度的因素进行深入分析，指出由于控制电压被限幅以及整流器对电流的控制具有不对称性，而限制了电流的动态响应速度，进而影响整流器的直流电压的动态响应。为提高电流的跟踪速度，提出了两种快速电流控制方法。一种是利用动态过程中的无功电流来提高有功电流动态响应速度的控制方法，另一种是通过在动态过程中使 轴电压取最大值的快速电流控制方法。仿真结果表明，提出的这两种方法均有效地提高了有功电流动态响应速度，减小了输出电压的过冲，具有优良的稳态性能和快速的动态响应，是两种新颖的电流控制方法。 对PWM整流器电压控制系统的非线性问题和稳定性问题进行了研究。通过对整流器的电压方程的研究，揭示了电压控制的非线性特性；指出系统在开环并不是绝对稳定的，系统在逆变状态时可能不稳定。通过对电压环采用线性PI控制时系统的分析，指出控制系统极点随负载电流而改变，为使系统稳定，PI控制器必须取合适的比例系数，并提出了比例系数的选择原则。在此基础上，提出了使用电容能量作为控制变量和采用负载电流前馈的两种控制方法。使用电容能量作为控制变量的控制方法实现了电压控制的线性化，提高了控制性能，但没有消除系统的可能的不稳定极点，系统的性能与负载有关。采用负载电流前馈的控制方法是一种精确的线性化方法，不仅提高了电压动态响应性能，而且消除了系统的不稳定极点，使整流器的负载特性不再影响系统的稳定性和动态性能。 对PWM整流器全数字化控制系统的实现方法进行了研究。在控制方案上，采用了在 同步旋转坐标系中的双闭环控制和空间矢量脉宽调制（SVPWM）算法；在系统组成上，充分利用DSP内部的资源和高速数据处理能力，以很少的硬件电路实现了全数字化控制的PWM整流器。为了消除开关噪声对A/D采样过程的影响，提出了独特的零矢量期间进行输入量采样的方案。指出了IGBT驱动模块M57959L在使用中应注意的问题。在分析空间矢量脉宽调制基本原理的基础上，提出了其基于DSP的实现算法。分析了增量式PI调节积分截断效应产生的原因，提出变精度运算的算法。