基于改进空间矢量的电流型PWM整流器的研究

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1、华北电力大学硕士学位论文第一章引言1．1目的和意义●近20年来电力电子技术得到了飞速发展，已广泛应用到电力、冶金、化工、煤炭、通讯、家电等领域。多数电力电子装置通过整流器与电力网接口，因此三相整流器的研究得到了关注。整流器经历了不可控整流、相控整流和PWM整流三个阶段的发展。经典的二极管不可控整流主回路电路简单，但是电流中含有较大的谐波分量，对电网构成污染，引起公害；而且，它只能单方向传递能量，节能性差，现多用于变频器中整流部分无需控制的场合。当用半控的晶闸管取代了不可控的二极管，即所谓相控技术，是指通过控制晶闸管门极触发脉冲与输入电压间的相位来改变输出电

2、压极性或调节输出电压大小。相控整流由于采用自然换流方式，无需附加强迫换流电路，因而结构简单，控制方便，但它的缺点也不容忽视。木深度相控下交流侧的功率因数低；宰交流侧输入有电流畸变；木由换流引起的电网电压波形畸变；半滤波器体积笨重、增加了系统总成本。无论是二极管不可控整流还是晶闸管相控整流，其产生的低功率因数高谐波含量都将导致电网正弦电压畸变，增加配电导线与变压器的损耗，增大中线谐波电流，造成电网上其他用电装置严重的电磁干扰；同时，低功率因数还将降低电源系统的负载能力和可靠性。国际电工委员会(IEC)制定的IEC555．2标准对用电装置的功率因数和波形失真度

3、作了具体的限制，又于1988年对谐波标准进行了修正，欧洲也制定了相应的IECl000．3．2标准。我国国家技术监督局在1994年颁布了《电能卜质量公用电网谐波》标准(GB／T14549—93)，传统整流器已经不符合这些新的规定。‘而需要一种高功率因数低谐波的整流器【¨。气获得高功率因数，抑制谐波的方法主要有两种：一是采用补偿装置，补偿其谐波和无功功率；二是对电力电子装置本身进行改进，使其不产生谐波，且不消耗无功功率或根据需要对其功率因数进行控制。两相比较，采用改进电力电子装置的方法改善功率因数和实现谐波抑制更为有效，也就是开发输入电流为正弦波谐波含量低且功

4、率因数接近为1的新型三相整流器，因此高功率因数三相整流器的研究得到了广泛的关注【21。高功率因数整流器的基本工作原理是：通过整流桥臂上各功率器件的导通与关华北电力大学硕士学位论文断，使电路的输入电流近似为正弦，并且使其与输入电压同相位。当整流器的功率因数为1时，可称为单位功率因数整流器，它具有以下功能：木在恒定负载下，稳态运行时，保持功率因数近似为1：奉能将输出直流电压稳定在一个设定的直流电压值附近，且保持其小波纹特性：木负载变化时，具有较快的动态响应速度。对于中等容量的单位功率因数整流器，主要采用脉宽调制(PWM)整流技术，通过对变流器的自关断功率器件按

5、照一定的控制规律进行通断控制，达到提高功率因数和谐波抑制的目的。1．2国内外研究动向经过几十年的研究与发展，PWM整流器技术已日趋成熟。PWM整流器功率器件已从早期的半控型器件发展到如今的全控型器件：电路拓扑结构即从单相、三相电路发展到多相组合及多电平拓扑电路；PWM开关控制由单纯的硬开关调制发展到软开关调制；功率等级从千瓦级发展到兆瓦级，而在主电路类型上，既有电压型整流器，也有电流型整流器，并且两者在工业上均成功地投入了应用。但长期以来，电压型PWM整流器(VSR)以其较低的损耗、简单的结构及控制等一系列的优点一直成为PWM整流器研究的重点，而电流型PW

6、M整流器(CSR)由于存在直流储能电感和交流LC滤波环节使其结构及控制相对复杂，并且增大了系统的损耗。但随着大功率变流技术的发展特别是CSR在超导储能中的成功应用[3]，较好地解决了CSR损耗问题，另外CSR电流型可调低电源电压，更适于大功率的金属工业领域，如直流电弧炉、高频感应加热、直流电机驱动等。其优良的保护性能，快速的电流响应等优点，使之成为这一领域当前研究的热点之一【3儿4

7、。对三相电流型AC．DCPWM变流器的控制，目前国外有间接电流控制和直接电流控制。间接电流控制(亦称幅相控制)有许多方法，如基于交流侧电容电压滞环控制的间接电流控制，基于交流侧

8、电流的间接电流控制。其硬件结构简单，易于微机实现，可采用优良的开关模式去减小稳态电流谐波和电压波纹。但相位和幅值的动态响应较慢，且有较大的瞬态电流超调，即直流分量的偏移，这可能导致系统的不稳定运行。因此，目前实用化的PWM整流器均是有电流内环或状态反馈的法崩溃的直接电流控制方法，尤其在中小功率应用场合，直接电流控制比间接电流控制更具有优良的控制特性【¨。直接电流控制多为电流追踪型PWM控制，根据控制电流方法的不同，对于电流型整流器，电流追踪型PWM控制又有许多不同的形式。目前，开关频率固定PWM控制和空间矢量PWM控制是其最常用的控制方式。国内在功率变流领

9、域方面的研究起步较晚，与先进的工业国家相比尚有较大的距离。虽然国内