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1、 毕 业 设 计 论 文题 目： 电网故障下两电平PWM整流器的研究仿真 学 院： 电气与信息工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 姓 名： 学 号： 指导老师： 赵张飞 完成时间： 5月25日 1河南城建学院本科毕业设计（论文） 摘要 摘要PWM整流器相比传统的不控整流和相控整流，能实现输入单位功率因数，正弦化的输入电流，稳定的直流电压。然而在电网电压不平衡时，电网电压中的负序电压分量导致整流器的直流电流出现二次谐波，使得直流侧电压也产生二次谐波，严重影响PWM整流器的性能。如何抑制不平衡电网电压下产生的二次谐波电流，提高PWM整流器性能足本文的重点研究内容。本文分析了传统整流器存在的问题
2、，阐述了三相电压型PWM整流器的基本作原理，建立了其三相静止坐标系下的基本数学模型和两相旋转坐标系下的数学模型。根据控制系统设计的需要，建立了采用占空比描述的低频数学模型。分析了PWM整流器的基本电流控制方法，讨论其在平衡时和不平衡时的控制策略，阐述了PWM整流器的空间矢量调制策略，及其PWM整流器的输入滤波器的选犁原则。在MATLABT下进行电网电压平衡时的PWM整流器的仿真实验，验证了直接电流控制的可行性。并且进行了电网电压不平衡时的PWM整流器的双电流控制仿真，验证了双电流控制在抑制二次谐波方面的可行性以及输入滤波器选型的基本原则的正确性。最后阐述了PWM整流器所需的硬件设计，并完成了三
3、相PWM整流器在平衡条件下的物理实验，实验结果验证了论文提出的控制策略的正确性。关键词 PWM整流器，不平衡电压，抑制谐波电流，仿真 河南城建学院本科毕业设计（论文） AbstractAbstractRecent years, power electronic devices have been used wildly used in various industrial applications as essential modules. A large part of these facilities are composed of diodes or thyristors, which
4、bring severe harmonics pollution to the power grid. The green converter of power has become the study key point of power electronic technology. Among the methods of harmonic restraining, the technology of using PWM rectifier, which can modulate the grid power factor, emplement the bidirectional tran
5、smission of power and improve the power quality actively has gotten in-depth study and development. This paper studied on the control strategy of rectifier based on the structure of the structure of three phase PWM rectifier.The working principle and mathematic model of PWM rectifier is the base of
6、rectifiers control. This paper analyzed the working principle of PWM rectifier at every work state, and built the AC mathematic model of PWM rectifier based on the switching function and duty ratio.The efficient control of PWM rectifier is the key technology of improving grid quality. This paper ana
7、lyzed the two control strategy of hysteresis current control and feed-forward decoupled current control, and designed the parameter of the controller, and settled the theory base of the PWM rectifiers control.A three-phase VSR simulation platform is built with Simulink software, and the simulation r
8、esults prove the correctness of the control strategy.Keywords：PWM rectifier,mathematic,model,control strategy, simulation河南城建学院本科毕业设计（论文） 目录目录摘要IAbstractII目录III1绪论11.1 PWM整流器的发展现状和应用11.1.1 PWM整流器的发展现状11.1.2 PWM整流器的应用21.2三相电压型PWM整流器控制策略概述21.3电网故障的概述31.4国内外研究现状31.5本课题研究内容42三相电压型PWM整流器的工作原理和数学模型52.1PWM
9、整流器的基本工作原理52.2三相电压型PWM整流器的数学模型62.2.1采用开关函数描述的VSR一般数学模型62.2.2采用占空比描述的VSR一般数学模型82.3不平衡时三相电压型PWM整流器数学模型102.4本章小结103电压不平衡时PWM整流器的控制策略123.1电网不平衡时三相VSR基本问题123.2电压不平衡时PWM整流器的控制策略163.2.1双电流控制173.2.2双电流PI控制器203.3本章小结204电网故障下三相VSR的主电路参数设计214.1交流侧电感设计214.2直流侧电容的设计254.3本章小结265不平衡条件下PWM整流器的仿真275.1仿真软件介绍275.2电网故障
10、下三相VSR的仿真研究285.3本章小结32总结33参考文献34致 谢351河南城建学院本科毕业设计（论文） 绪论 1绪论1.1 PWM整流器的发展现状和应用1.1.1 PWM整流器的发展现状在电力系统中，公用电网提供的电源是固定频率的某一标准等级的单相或三相交流电源。但是用电设备的功能、种类千差万别，对电能的电压、频率要求不尽相同。为满足一定的生产工艺和流程，确保产品质量，提高劳动生产率，降低能源消耗，提高经济效益，供电电源的电压、频率甚至波形都必须满足各种用电设备的不同要求。许多的工业场合和日常生活都需要进行电能变换，由此应运而生许多的电能变换电路，有整流电路(交流变直流ACDC)、逆变电
11、路(直流变交流DCAC)、斩波电路(直流变直流DCDC)、交直交变换电路(ACDC-AC)和交交变换电路(ACAC)等等。各类的电能变换电路在世界工业发展过程中都得到了发展，其中的整流电路应用非常广泛。整流电路经历了不控整流(-极管整流)、相控整流(晶闸管整流)和脉冲宽度调制(即PWM)整流三个阶段。不控整流是利用功率二极管的单向导通性将交流电压整成直流电压，可靠性高且主电路简单。主要缺点：输入电流随负载而变化，网侧功率因数低，输出电压不可调，输出电压脉动大。相控整流通过晶闸管的可控导通性调节输出的直流电压平均值，控制电路简单、易于实现、技术相对成熟。主要缺点：输入电流随负载而变化，网侧功率因
12、数低，输出电压脉动大。两者的网侧电流波形随着负载的变化而变化，电流谐波含量大，污染电网，输出电压所含谐波量大，能量不能双向流动，滤波器体积笨重，动态响应慢等。在取得电能的同时，不能给电网注入谐波电流，不能污染电网，影响其他用电户的正常用电。现代电力电子的兴起，给用电电器和电力电子变换器件提出了新的、更高的要求。绿色能源概念的提出使得人们对不控整流和相控整流电路进行改进，甚至提出了新的拓扑结构以期取而代之。针对以上整流电路的缺点，人们提出新型的PWM整流，利用高频率的全控型电力电子器件，在保证直流输出电压的前提下，控制输入电流相位跟踪电网电压，从而克服了不控整流和相控整流的功率因数低的缺点。PW
13、M整流器可以实现稳定的直流输出电压，输入单位功率因数，正弦化的输入电流，双向能量流动，减小滤波器体积，减少注入电网的谐波电流。PWM整流器按直流储能形式可以分为电压源型和电流源型；按电网相数可以分为单相型、三相型和多相型；按PWM开关调制可以分为硬开关调制型和软开关型；按桥路结构可以分为半桥型和全桥型；按调制电平可以分为二电平型、三电平型和多电平型。本文主要是以三相、半桥、电压型、二电平的硬开关型整流器为主要的研究对象。与电流源型整流器相比，电压源型整流器直流侧脉动更小，输入电流连续而且简单易行，因此电压源型PWM整流器成为当今主要研究对象。1.1.2 PWM整流器的应用随着现代控制理论和电力
14、电子技术的发展和应用，PWM整流器的性能得到了不断提高，应用领域也得到不断扩展。PWM整流器网侧呈现受控电流源特性，使得PWM整流器及其控制技术得到更进一步的发展和进步，并取得广泛的应用，这些应用系统主要有双PWM变频调速器，功率因数校正，静止无功补偿，有源电力滤波，统一潮流控制器，超导储能，高压直流输电，可再生能源并网发电，交直流电气传动等。1.2三相电压型PWM整流器控制策略概述由于PWM整流器的绿色特性，各国学者纷纷投入到研究PWM控制策略中，涌现了许多的控制策略，如正弦PWM控制、滞环PWM控制、前馈解耦控制、直接功率控制、反馈线性化控制等等。三相电压型PWM整流器，其控制目标主要有两个：平稳的直流电压和单位功率因数。因而控
