三相电压型整流器的设计与仿真样本

CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 电力电子装置课程设计报告

题目三相电压型整流器设计

学生姓名***

学号*********

指引教师**

学院信息院

专业*****

完毕时间.1.2

第一章绪论

随着功率半导体器件技术进步，电力电子变流装置技术得到了迅速发展，浮现了以脉宽调制（PWM）控制为基本各种变流装置，如变频器、逆变电源，高频开关电源以及各类特种变流器等，电力电子装置在国民经济各领域获得了广泛应用，但是这些装置使用会对电网导致严重谐波污染问题。老式整流方式会无论是二极管不控整流还是晶闸管相控整流电路能量均不能双向传递，不但减少能源运用率还会增长一定污染，重要缺陷是：

1）无功功率增长导致了装置功率因素减少，会导致损耗增长，减少电力装置运用率等；

2）谐波会引起系统内部有关器件误动作，使得电能计量浮现误差，外部对信号产生严重干扰；

3）老式构造，能量只能单向流动，使得控制系统能量运用率不高，不能起到节能减排作用。

电网污染日益严重引起了各国高度注重，许多国家都已经制定了限制谐波国标，国际电气电子工程师协会(IEEE)，国际电工委员会(IEC)和国际大电网会议(CIGRE)纷纷推出了自己谐波原则。国际电工学会于1988年对谐波原则IEC555-2进行了修正，欧洲制定IEC1000-3-2原则。国内国家技术监督局也于1994年颁布了《电能质量公用电网谐》原则(GB/T 14549-93)，老式变流装置大多数已不符合这些新原则，面临前所未有挑战。

当前，抑制电力电子装置对电网污染办法有两种：一是设立补偿装置。通过对已知频率谐波进行补偿，这种方式合用于所有谐波源，但其缺陷是只能对规定频率谐波进行补偿，应用范畴受限。并且当受到电网阻抗特性或其她外界干扰，容易发生并联谐振，导致某些谐波被放大进而使滤波器过载或烧毁；而是对整流器装置自身性能进行改造，通过优化控制方略和参数设立，使网侧输入电压和电流呈现接近于同相位正弦波，实现单位功率因数运营即功率因数为1。

当前治理谐波和无功重要是采用功率因数校正技术(PFC技术)，由于PWM 调制技术引入整流器中，使得整流器可以获得较好直流电压并且实现网侧电流正弦化，PWM整流技术已经成为治理电网污染重要技术手段。PFC技术虽然具备控制简朴、功率因数高、总谐波失真小和易于电路设计等长处，但是其构造并没有发生主线变化只是在输出侧加了一种开关管，而重要交流侧还是选用二极管做为开关器件，其整流方式只能是单一方向不能实现能量双向流动，它在单相电路中有着广泛用途，但是由于其自身性质决定其难以用于三相电电路中；PWM整流技术交流侧采用全控器件，与老式PFC相比，PWM整流技术可以在任意功率因数运营可以实现能量双向流动并且具备较好电流品质和更快动态响应速度，因而真正实现了“绿色电能变换”提高了系统电能运用率减少了资源挥霍。由上述分析可知，对PWM整流器进行控制研究符合建设资源节约型和环境和谐型社会发展需要，具备重要经济和社会价值。

PWM整流器可实现能量双向流动并具备优良输出特性，与二极管不控整流和晶闸管相控整流相比，具备如下特点：（1）可以实现能量双向流动且功率因数任意可调；(2)网侧电流近似正弦化，谐波含量少；(3)具备较好动态性能，适合动态性能规定高且开关频率变化快场合；（4)直流输出电压稳定且电压波形品质高。

PWM整流器在功率因数校正、谐波抑制以及能量回馈等应用方面具备其突出优势，故很早就已经成为电力电子技术研究最具意义内容之一。通过各国学者和专家近年实验和研究，在数学模型、主电路拓扑构造和控制方略等各个方面，PWM整流器均获得了较为成功研究成果。对于学生来说，设计高性能三相PWM 整流器是很具备学习和研究价值课题。

PWM整流器分类办法诸多，最基本分类办法是按照直流储能形式可分为电压型整流器（VSR）和电流型整流器(CSR)两种，前者直流侧采用电容为储能元件，提供一种平稳电压输出，直流侧等效为一种低阻电压源；后者直流侧采用电

感作为储能元件，提供一种平稳电流输出，直流侧等效为一种高阻电流源。由于VSR构造简朴，储能效率高、损耗较低、动态响应快，控制以便，使得VSR始终是PWM整流器研究和应用重点，本文重要讨论三相电压型PWM整流器设计与仿真。

第一章绪论，阐明了PWM整流器研究和学习价值，以及整个论文构造；第二章简介了PWM整流器在国内外研究现状；第三章建立电压型PWM整流器数学模型；第四章简介了很据PWM整流器数学模型对有功电流和无功电流进行解耦控制，设计了电压、电流双闭环调节器，对空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation)技术进行详细分析；第五章对设计整个PWM整流系统进行仿真，分析设计控制器对扰动抑制作用以及输入输出电压动静态性能。

第二章研究现状

自20 世纪90 年代以来，PWM整流技术始终是学术界关注和研究热点。随着研究进一步，PWM整流技术有关应用研究也得到发展，如有源电力滤波(APF)、超导储能(SMES)、电气传动(ED)、高压直流输电(HVDC)、统一潮流控制器(UPFC)、新型UPS 以及太阳能、风能等再生能源并网发电等，并随着当代控制理论、微解决器技术以及当代电子技术推陈出新，这些应用技术研究又促使PWM整流技术日趋成熟，其主电路已从初期半控型器件桥路发展到如今全控型桥路；拓扑构造已成从单相、三相电路发展到多相组合及多电平拓扑电路；PWM 调制方式从由单纯硬开关调制发展到软开关调制；功率级别从千瓦级发展到兆瓦级，而在主电路类型上既有电压源型整流器，又有电流源型整流器，两者在工业上已成功投入使用，但却多采用模仿芯片PWM波发生器，在闭环和智能调节例如在风力发电并网等方面均存在较大问题，特别是在国内，基于数字信号微解决器PWM整流器研究还只是处在初步发展阶段。

当前PWM整流器研究重要体当前如下几种方面：

1. 关于PWM整流器数学模型研究

PWM整流器数学模型研究是PWM整流器及其控制技术基本。A. W.Green 提出了基于坐标变换PWM整流器持续、离散动态数学模型，R.Wu和S.B.Dewan 等较为系统地建立了PWM整流器时域模型，并将时域模型分解成高频和低频模型，且给出了相应时域解。而Chun T.Rim和DongY.Hu等则运用局部电路dq坐标变换建立了PWM整流器基于变压器低频等效模型电路，并给出了稳态、动态特性分析。在此基本上，Hengchun Mao等人建立了一种新颖降阶小信号模型，从而简化了PWM整流器数学模型及特性分析。

2. 关于PWM整流器拓扑构造研究