基于电流预测控制的三电平整流器研究
基于SVPWM的三电平整流器的研究
煤
炭
工
程
基于 Ｓ Ｐ Ｖ ＷＭ 的 三 电平 整 流 器 的 研 究
王 大伟 ，岳 云 涛
（ 北京建筑工程学 院 电气与信息工程学 院 ，北京 １０４ ０ ０ ４）
摘
要 ：论 文讨论 了三相 三电平二极 管 中点箝位 型 Ｐ ＷＭ 整 流 器电路拓 扑 ，详 细 分析 了空 间 矢
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｔ ｅ ｐ ｐ ｒｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ｔ ｅ ｃｒ ｕ ｔ ｏ ｏｏ ｙ ｏ ｅ ｔ ｒ ｅｐ ａ ｅ ｈ ｅ ｅ ｅ ， ｄ ｏ ｅ ｎ ｕ ｒｌ—ｐ ｉｔ ｌｍｐ ｄ Ｐ Ｍ ｈ ａ ｅ ｉｃ ｓ ｅ ｈ ｉ ｉ ｔ ｐ ｌｇ ｆ ｈ ｅ ｈ ｓ ．ｔ ｒ ｅ ｌｖ ｌ ｉｄ ｅ ｔａ ｃ ｔ ｈ ｏｎ —ｃａ ｅ Ｗ
Ｗ ＡＮＧ Ｄａ— ｗｅ ． ＹＵＥ ｎ — ｔｏ ｉ Ｙｕ ａ
（ ｃｏｌ ｆ ｌｃ ｃａｄＩｆｒ ｔｎＥ ｇｎｅ ｎ ，Ｂ ｉｎ ｎｖｒｉ ｆＣｖｌ ｎｉｅｒ ｇａｄＡｃ ｉｃｕｅ ｅ ｉｇ１０４ Ｓ ｈｏ ｅｔ ｎ ｎ ｍａｉ ｎ ｉｅｒ ｇ ｅｉｇＵ ｉ ｓｙｏ ｉ ｇ ｅ ｎ ｎ ｒｈｔ ｔｒ，Ｂ ｉｎ ００ ４，Ｃ ｉａ ｏＥ ｒ ｉ ｏ ｏ ｉ ｊ ｅ ｔ ｉＥ ｎ ｉ ｅ ｊ ｈｎ ）
ｒｃ ｉ ｅ ｎ ｎ ｄｅａｌａ ａｙ ｅ ｈｅｂａ ｉ ｉ ｃ ｐ ｅ ｏ ｈｅ Ｓ Ｗ Ｍ ． Ｔｈｅｔ ｒ ｅ ＶＳ ｃ ｎ ｒｌｓ ｓｅ ｗｏ ｄ ｈａ ｅ ａｖ ｈａ ｅ ａ ｄ ｅ ｔｆ ｒａ ｄ ｉ ｔ ｉ ｎ ｌｚ ｄ ｔ ｓｃｐｒｎ ｉ ｌ ｆｔ ＶＰ ｉ ｈ ｅ Ｒ ｏ ｔｏ ｙ ｔｍ ｕｌ ｖ ｏ ｇ ｎ
ｉｔ ｒ ｒ ｎ ｅ ｃ ｐ ｃｔ ｎ ｔ ｅ ｄ ａ ｔ ｇ ｓ ａ ｌ ａ ｉｈ ｐ ａ ｔ ａ ｉ ｔ ． ｎ ｅ ｅ ｅ ｃ ａ ａ ｉ ａ ｄ ｏ ｈ ｒａ ｖ ｎ ａ ｅ ｓｗｅｌ ｓａ ｈｇ ｒ ｃｉ ｂ ｌ ｙ ｆ ｙ ｃ ｉ
简化三电平整流器模型电流预测控制
的关键 部分 是建立 系统 离散 数学模 型 和用 以评 价开 关 状态控 制行 为 的价值 函数 。
２ ． １ 数 学模 型
三相 பைடு நூலகம் 电平 电压 型 Ｐ ＷＭ 整 流 器 的 电路 拓扑 结 构如 图 １ 所示。
１ 引言
Ｐ ＷＭ整 流器 具有 功率 因数 可调 ， 谐 波含 量 小等 优点¨ ， 通 过对 交流 侧 电流 幅值 和相 位 的控 制 可 方 便 实现 整流 器 的四象 限运行 。三 电平 整流器 每个 功 率管 ， 所承受 的 电压仅 为直 流母线 电 压的一半 ， 且交 流侧 电压 、 电流谐 波 大为减 小 ， 因此在 高压 大功 率场 合 得 到广 泛的应 用 。 目前 ， 电压 型三 电平 整 流器 控 制 策 略一 般 采 用 交流 电流 内环 控 制 ， 其 控 制 目标 是 快 速 、 及 时 地
ｉ 、 ｉ 、 ｉ ｏ 是 网侧 电流 ； ｉ ｏ 是 中 点 电流 ； Ｃ 。 、 Ｃ 是 直 流母
基 金 项 目 ： 国家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 （ ９ ７ ３ ） 项 目（ ２ ０ １ ３ Ｃ Ｂ ０ ３ ５ ６ ０ ０ ）
作者简介 ：谷
鑫（ １ ９ ８ ０ ． ） ， 男， 天津籍 ，博士研究生 ，主要从事 电机 系统 及其 控制 的研 究 ；
本 文所 提 出的简化 模型 预测控 制策 略 的正确 性及 可
行 性进 行验证 。
２ 传 统 三 电 平 整流 器 模 型预 测控 制
三 电平 整流 器模 型预 测控制 策 略利用 系统 的离
基于直接电流控制策略的三电平整流器的研究与设计
By Fu Mian
Supervisor: Associate Professor Yuan Ping
Northeastern University June 2012
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，不包含其他人己经发表或撰写过 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己在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名： 日 期：
1.1 课题研究背景和意义 ......................................................................................................... 1 1.2 国内外 PWM 整流器研究现状 ......................................................................................... 3 1.3 三电平 PWM 整流技术的难点 ......................................................................................... 6 1.4 电压型 PWM 整流器的电流控制策略 ............................................................................. 7 1.5 本文的主要内容 ................................................................................................................. 8
基于预测电流控制的T型三电平并网逆变器研究
设计应用esign & ApplicationD基于预测电流控制的T型三电平并网逆变器研究Research on T-type three-level grid-connected inverter based on predictive current control雷 兰，吴尚秀，刘文晴（国网江西省电力有限公司余干县供电分公司，江西 上饶 335100）摘 要：本文介绍了一种三相三线制T型三电平并网逆变器系统，根据开关状态建立了其数学模型。
针对传统d -q 变换的电流内环控制器在三相电压型逆变器中存在着动态响应慢及直流电压波动较大的问题，提出一种以泰勒公式为基础的预测电流控制方法，并采用了基于功率前馈的双闭环控制策略，实现了电流的快速跟踪，减少了电流的谐波含量，提高了系统的动态响应速度。
最后，搭建了一台23 kW的实验样机，通过实验样机验证了所提方法和控制策略的可行性。
关键词：逆变器；预测电流；功率前馈；双闭环0 引言随着分布式能源的发展，逆变器是新能源系统与电网接口的核心关键设备，其拓扑结构和控制方式直接决定了分布式系统性能的优劣[1]。
对于三电平拓扑结构而言，该拓扑结构具有逆变转换效率高、开关器件的电压应力等级低、谐波含量和d v /d t 较低等优点[2-3]，而T 型拓扑结构比传统的NPC (Neutral Point Clamped )拓扑结构具有二极管数量少、转换效率高、功率损耗均匀等优点[4-5]。
对于T 型并网逆变器而言，输出电流控制是逆变器接入并网的关键技术[6]，目前最主要的控制方法包括滞环控制、PI (Proportional Integral )控制和PR (Proportional Resonance )控制等。
滞环控制方法虽具有动态响应速度较快的优点，但在其控制方式下输出的并网电流波形容易失真，而且采样频率较高，加大了并网侧滤波电感设计难度[7]。
在同步坐标系的PI 控制方式下，逆变器系统的输出电流以及电网电压或者输出电压分量直接被采样并参与数字控制，由于数学模型之间存在耦合的缘故，难以实现输出电流的无静差跟踪。
基于预测电流控制的T型三电平并网逆变器研究
基于预测电流控制的T型三电平并网逆变器研究T型三电平并网逆变器是一种重要的逆变器拓扑结构，在可再生能源应用等领域具有广泛的应用前景。
本文将以预测电流控制为基础，对T型三电平并网逆变器进行研究，包括原理、控制策略、性能分析等方面。
T型三电平并网逆变器的工作原理如下：输入直流电压由两个独立的电源提供，分别为正极和负极。
通过合理的开关控制，可以实现多种输出电平，从而减小输出电压畸变和开关频率。
T型三电平并网逆变器的优点包括：较低的电压应力、较低的开关功率损耗、输出电流谐波较小等。
在预测电流控制中，通过测量电网电压和电流的实际值，并结合逆变器状态信息，来估计电网电流的参考值。
根据估计值和实际值之间的误差，计算相应的控制信号，以实现逆变器的控制。
预测电流控制可以实现自适应性较强的输出电流波形，提高逆变器的输出质量。
在T型三电平并网逆变器中，可以采用直接控制或间接控制的方式来实现预测电流控制。
直接控制通过直接测量电网电压和电流的实际值，计算逆变器的控制信号。
间接控制在直接控制的基础上，通过电网电压和电流的模型进行状态估计，从而更准确地控制逆变器。
通过对比两种控制方式的性能，可以选择最适合的控制策略。
对于T型三电平并网逆变器的性能分析，可以从输出电压波形、输出电流谐波、效率等方面进行评估。
在输出电压波形方面，通过调节逆变器的控制信号，可以减小输出电压畸变，提高输出电压质量。
在输出电流谐波方面，通过控制逆变器的开关频率和改进控制策略，可以减小输出电流谐波，降低对电网的干扰。
在效率方面，通过减小开关功率损耗和优化控制策略，可以提高逆变器的效率。
综上所述，基于预测电流控制的T型三电平并网逆变器是一种具有潜力的逆变器拓扑结构。
通过研究其原理、控制策略和性能分析，可以进一步优化逆变器的性能，提高其在可再生能源应用等领域的应用效果。
三电平NPC整流器控制研究
三电平NPC整流器控制研究二极管中点钳，位三电平脉宽调制整流器是目前研究运行比较多的一种拓扑结构，通过解析其基本拓扑，从空间矢量开关函数的角度上搭建了中点钳位整流器之数学模型，转换到同步旋转坐标系后采取前馈解耦的方式建立了系统的电压与电流之双闭环控制系统，控制整流系统的有功与无功功率解耦传输，进而达到控制功率因数的效果。
标签：中点钳位三电平整流器；数学模型；解耦；空间矢量调制引言随着电力电子相关技术的快速变革，变流装置在电气应用各个方面扮演了愈来愈关键的角色。
相对于传统两电平整流器，除了可以调整输出直流电压、高功率因数传输、以及可以达到能量双向流动和大功率传输等好处外，二极管中点钳位型整流器[1]具有输出电压和电流谐波小、开关器件承担电压低以及等效开关频率低等优点。
因而，三电平钳位型整流器之控制策略一直是国内外研究者們的关注焦点。
对于三电平NPC整流器，文章从SVPWM的角度出发，建立了三电平中点钳位整流器在同步旋转坐标，系内的数学模型，然后依据数学模型，对系统进行了前馈解耦，建立了三电平脉宽调制整流器系统的电压与电流之双闭环控制系统[2]，达到了直流侧母线电压跟功率因数的设想效果。
最后采取仿真的方式确认了整个控制模型的正确性与可行性。
1 三电平钳位脉宽调制整流器数学模型与控制解耦1.1 三电平钳位脉宽调制整流器之数学模型中点钳位三电平脉宽调制整流器主要拓扑较多文献已有介绍，这里由于篇幅原因不再阐述。
电路交流侧输入为三相对称交流电压，Ls与Rs分别表征交流侧阻感，直流侧则串入两个相等值电容C1与C2。
理想情况时C1与C2（其值为Cd）完全相同，故Vdc1=Vdc2=Vdc/2。
装置交流侧每相输出电压都有三种状态：Vdc/2、0、-Vdc/2。
根据基尔霍夫定律，从空间电压矢量开关函数的角度出发，可以得到三电平中点钳位整流器在abc坐标系内数学模型，但是abc坐标系内电压与电流量都是随时间变化的交流变量，妨碍控制模块的考虑，故将系统在abc坐标系内的数学模型转化成同步旋转（dq）坐标系内。
三电平逆变器驱动的IPMSM 模型预测电流控制系统研究
（１）
（４）
式中： ｉ ｄ（ ｋ ＋ １ ｜ ｋ） 和 ｉ ｑ（ ｋ ＋ １ ｜ ｋ） 分别为在 ｋ 时刻对
直、交轴电流 ｋ ＋ １ 时刻的预测值；ｉ ｄ（ ｋ） 和 ｉ ｑ（ ｋ） 分别
为当前时刻的直、交轴电流采样值．
２ 三电平逆变器拓扑结构及空间矢量表示
电机的定子磁链方程为
{
Ｌｑ
Ｔｓ
ìï
æ Ｔｓ Ｒ ö
１ ＩＰＭＳＭ 数学模型
本文选用内置式永磁同步电机作为控制对象．
在不计电机中的磁滞损耗、涡流损耗和电机铁芯饱
和的情况下，电机在同步旋转坐标系 （ ｄ⁃ｑ） 下的定
子电压方程为
ｄψ ｄ
ìï
－ ωｅ ψｑ ，
ｕ ｄ ＝ Ｒｉ ｄ ＋
ï
ｄｔ
í
ｄψ ｑ
ï
ïｕ ｑ ＝ Ｒｉ ｑ ＋ ｄｔ ＋ ω ｅ ψ ｄ ．
选择使价值函数取值最小的电压空间矢量作为控制量． ＦＣＳ⁃ＭＰＣ 具
有约束条件处理简单、多变量控制、动态响应快速等优点，但是因为
空间电压矢量的数目是有限的，而且方向和幅值固定，导致输出电流
脉动较大．文献［１２］ 对 ＦＣＳ⁃ＭＰＣ 在电力电子系统中的发展前景进行
了分析；文献［１３］ 把逆变器作为研究对象，针对传统单矢量模型预测
１ 南京信息工程大学 自动化学院，南京，２１００４４
２ 南京信息工程大学 大气环境与装备技术
协同创新中心，南京，２１００４４
（ Ｍｏｄｅｌ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ，ＭＰＣＣ） ，并对三电平逆变器驱动的
ＩＰＭＳＭ⁃ＭＰＣＣ 系统进行研究．首先对内置式永磁同步电机数学模型、
ＤＯＩ：１０．１３８７８ ／ ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｎｕｉｓｔ．２０２１．０３．０１４
三电平电压源型pwm变换器预测电流控制
目录第一章绪论 (1)1.1课题的研究背景和意义 (1)1.2三电平PWM变换器研究现状 (2)1.2.1拓扑结构 (2)1.2.2控制策略 (3)1.2.3中点电位平衡控制 (5)1.3预测控制概述 (5)1.4本文主要内容 (8)第二章三电平电压源型PWM变换器数学建模 (10)2.1三电平电压源型PWM变换器电路拓扑及运行原理 (10)2.2三电平电压源型PWM变换器的数学模型 (12)2.2.1三相静止坐标系下数学模型 (12)2.2.2两相静止坐标系下数学模型 (15)2.2.3旋转坐标系下数学模型 (18)2.3中点电压不平衡时三电平电压源型PWM变换器的数学模型 (19)2.4本章小结 (23)第三章三电平电压源型PWM变换器预测电流控制研究 (24)3.1三电平PWM变换器空间电压矢量 (24)3.1.1三电平基本空间电压矢量 (24)3.1.2空间电压矢量对中点电位平衡的影响 (26)3.2预测电流控制系统设计 (28)3.2.1离散时间数学模型 (29)3.2.2价值函数的设定 (32)3.2.3模型电流预测控制算法流程 (34)3.2.4参数误差对预测控制的影响 (35)3.3改进预测电流控制 (36)3.3.1开关状态切换分析 (37)3.3.2开关状态子集的确定 (38)3.4本章小结 (40)第四章三电平电压源型PWM变换器系统设计与实验结果分析 (41)4.1硬件系统设计 (41)4.2软件设计概述 (42)4.2.1主程序模块 (43)4.2.2中断程序设计 (43)4.3交流侧电感及直流侧电容参数设计 (44)4.3.1交流侧电感参数设计 (44)4.3.2直流侧电容参数的设计 (45)4.3.3实验参数选择 (46)4.4实验结果及分析 (47)4.4.1程序运算时间 (47)4.4.2稳态运行实验 (47)4.4.3动态对比实验 (49)4.5本章小结 (51)第五章总结与展望 (52)参考文献 (54)发表论文和科研情况说明 (59)致谢 (60)第一章绪论1.1课题的研究背景和意义近年来，工业应用中对高压、大功率和高频化的功率变换装置的要求越来越强烈，如电力系统中以直流输电、无功功率补偿、电力有源滤波器等为代表的柔性交流输电系统，以及高压大功率交流电动机变频调速和新能源领域的大功率变频装置等[1-7]。
三电平pwm整流器控制策略研究
ea ia Rs
0
eb ib Rs
ec ic Rs
Sa1
Da1
Sa2
Ls Ls Ls
Da 2 Sa3
Sb1
Db1
1 Sb2
Sc1 Dc1 1 Sc2
Db22 Sb3
Dc2 2
S c3
Sa4
Sb4
Sc4
图 1 三电平 PWM 整流器主电路图
i dc P
+
C1
-
udc1
RL
udc2
+
C2
-
N
2 三电平整流器的数学模型
三 电 平 PWM 整 流 器 的 工 作 本 质 在 于 通 过 控 制 Si1-Si4 的开通与关断，保证稳定的直流侧输出电压 udc，
《变频器世界》 January, 2020
同时使得三相电流 ia、ib、ic 正弦化，并按照要求产生单 位功率因数，以使得整个系统不对电网产生无功污染 [4]。
在建立三电平整流器数学模型前，假设有如下前提 条件：
(1) 公共电网三相对称，刚性且稳定，为理想平衡 电压；
(2) 主电路开关元件为理想元件，其通断控制由开 关函数来描述；
(3) 直流侧负载为等效负载。 根据电路原理和坐标变换理论，三电平 PWM 整流 器在 d-q 坐标系下的电压方程为：
(1)
式（1）中，ud、uq 分别为整流器交流侧电压。 将 d 轴 定 向 于 电 网 电 压 矢 量 方 向，q 轴 超 前 d 轴 900。 由 式 (1) 可 以 看 出 d、q 轴 电 流 除 受 控 制 电 压 量 ud、uq 的影响外，还受耦合电压 ωLiq、-ωLid 电网电压 扰动 ed、eq 的影响。对此可以采用状态反馈实现 d、q 轴电流间的解耦，采用前馈补偿消除电网电压扰动。所 以，实际的控制电压应该包含三部分：
三相三电平PWM整流器控制系统的研究的开题报告
三相三电平PWM整流器控制系统的研究的开题报告一、背景介绍随着国民经济水平的提高，人们对电力的需求也随之增加。
交流电源的电能质量直接影响着国家经济发展和社会稳定。
然而，在电力传输和分配过程中，不可避免地会出现一些负面影响，如电压波动、电流谐波、电网失真等。
因此，交流电源中的电力电子技术已经成为提高电力质量和效率的关键技术。
三相三电平PWM整流器控制系统是电力电子技术中的重要应用。
其主要作用是将输入的交流电转换为直流电，并给直流负载供电。
此系统可以有效地抑制电网中的谐波，提高电网的功率因数，提高系统的可靠性和稳定性。
因此，三相三电平PWM整流器控制系统的研究和开发具有重要意义。
二、研究目的和内容本次研究的主要目的是设计一种高效可靠的三相三电平PWM整流器控制系统，达到以下几个方面的目标：1.增强变压器和滤波器的适应性，提高系统的电能质量和效率。
2.针对电网中电流谐波和失真等负面影响，设计有效的控制策略，使系统稳定运行。
3.设计合理的保护措施，提高系统的可靠性和安全性。
为达成以上目标，本次研究将主要从以下方面展开：1.三相三电平PWM整流器系统的建模和仿真，分析系统的特点和性能。
2.设计变压器和滤波器电路，提高系统的电能质量和效率。
3.研究系统的控制算法和控制策略，提高系统的稳定性和抗干扰能力。
4.设计保护系统，提高系统的可靠性和安全性。
三、研究计划及进度安排目前已经完成了三相三电平PWM整流器控制系统的建模和仿真。
下一步将分析系统的特点和性能，进一步研究控制算法和控制策略，设计保护系统，并进行综合调试和测试。
具体进度安排如下：第一阶段（一个月）：完成系统建模和仿真。
第二阶段（两个月）：研究控制算法和控制策略。
第三阶段（两个月）：设计保护系统。
第四阶段（一个月）：综合调试和测试。
四、研究意义和预期成果本次研究的意义在于：提高三相三电平PWM整流器控制系统的性能和可靠性，促进电力电子技术的发展，为电力行业的发展做出贡献。
三电平PWM整流器控制方法研究
三电平PWM整流器控制方法研究近年来，随着电力系统的发展和电力负荷的增加，对于电力变换和控制技术的需求也在不断增加。
而三电平PWM整流器作为一种重要的电力变换设备，其控制方法的研究显得尤为重要。
本文将就三电平PWM整流器的控制方法进行研究探讨。
首先，三电平PWM整流器的控制方法主要包括两种，即传统的基于脉宽调制的控制方法和基于模型预测控制的方法。
传统的脉宽调制方法主要通过调节开关器件的开关频率和占空比来控制输出电压的波形，以实现电力变换的目的。
而基于模型预测控制的方法则是通过建立数学模型，预测系统的状态和输出，并根据预测结果进行控制。
其次，在传统的脉宽调制方法中，常用的控制策略有三种，即基于电流控制的方法、基于电压控制的方法和基于电流电压双闭环控制的方法。
其中，基于电流控制的方法主要通过控制输入电流来实现对输出电流的控制，以保证输出电流稳定。
基于电压控制的方法则是通过控制输出电压来实现对输出电流的控制，以保证输出电压稳定。
而基于电流电压双闭环控制的方法则是综合考虑了输入电流和输出电压的控制要求，以实现更为精确的控制。
最后，基于模型预测控制的方法是近年来较为新兴的一种控制方法。
该方法通过建立系统的数学模型，并根据模型的预测结果进行控制，以实现对输出波形的精确控制。
相比于传统的脉宽调制方法，基于模型预测控制的方法具有更高的控制精度和响应速度，能够更好地适应电力系统的需求。
综上所述，三电平PWM整流器的控制方法研究涉及传统的脉宽调制方法和基于模型预测控制的方法。
在传统的方法中，基于电流控制、电压控制和电流电压双闭环控制是常用的策略。
而基于模型预测控制的方法则是一种较新的控制方法，具有更高的精度和响应速度。
在未来的研究中，我们还可以探索更多的控制策略，以进一步提高三电平PWM整流器的控制性能。
简化三电平整流器模型电流预测控制
简化三电平整流器模型电流预测控制谷鑫;张策;耿强;史婷娜【摘要】传统三电平整流器模型预测控制算法需要对全部27个开关矢量进行在线评估,使价值函数最小的开关矢量在下一采样周期采用.然而该算法在实际实现时计算量较大,限制系统采样周期的降低,从而制约了系统整体性能的提高.本文提出了一种简化的三电平整流器模型预测控制算法,根据参考电压矢量所在扇区信息,仅选取该扇区内的开关状态进行评价.简化算法不仅大大减少了程序计算量,还获得了良好的静态和动态性能.最后实验验证了该方案的正确性和实用性,能获得良好的静态和动态特性.【期刊名称】《电工电能新技术》【年(卷),期】2014(033)002【总页数】6页(P12-17)【关键词】三电平整流器;模型电流预测控制;程序计算量【作者】谷鑫;张策;耿强;史婷娜【作者单位】天津工业大学天津市电工电能新技术重点实验室,天津300387;天津大学电气与自动化工程学院,天津300072;天津工业大学天津市电工电能新技术重点实验室,天津300387;天津大学电气与自动化工程学院,天津300072【正文语种】中文【中图分类】TM4641 引言PWM整流器具有功率因数可调，谐波含量小等优点 [1]，通过对交流侧电流幅值和相位的控制可方便实现整流器的四象限运行。
三电平整流器每个功率管，所承受的电压仅为直流母线电压的一半，且交流侧电压、电流谐波大为减小，因此在高压大功率场合得到广泛的应用[2]。
目前，电压型三电平整流器控制策略一般采用交流电流内环控制[3]，其控制目标是快速、及时地调整交流侧的电流，抑制负载扰动的影响，使实际电流快速跟踪电流指令值，实现功率因数可调。
由于模型预测控制有良好的动态响应和稳态跟踪性能，在三电平整流器电流内环控制中得到了应用[4]。
其原理是首先建立系统离散数学模型，然后计算不同开关矢量下的电流预测值，将电流预测值和指令值之差设为价值函数，最后选取使价值函数最小的开关矢量作用[5-8]。
三相PWM整流器的模型预测控制研究
三相PWM整流器的模型预测控制研究
摘要：随着电力电子技术的不断发展，三相PWM整流器在工业领域中得到了广泛应用。
然而，传统的控制方法存在着响应速度慢、控制精度不高等问题。
为了解决这些问题，本文针对三相PWM整流器进行了模型预测控制研究。
首先，本文建立了三相PWM整流器的数学模型。
该模型基于电路方程和控制策略，包括了电感电流、电容电压以及开关状态等参数。
通过对模型的建立，可以准确描述整流器的动态特性。
其次，本文采用了模型预测控制算法对三相PWM整流器进行控制。
模型预测控制是一种基于模型预测的优化控制策略，可以通过对未来一段时间内的状态进行预测，优化控制策略，从而提高整流器的控制性能。
在模型预测控制算法中，本文引入了目标函数和约束条件，以实现对整流器电流和电压的控制。
通过对目标函数和约束条件的选择和优化，可以实现对整流器的快速响应和高精度控制。
最后，本文进行了仿真实验，验证了模型预测控制算法在三相PWM整流器中的有效性。
仿真结果表明，采用模型预测控制算法的整流器具有快速响应、高精度控制的优势。
与传统的控制方法相比，模型预测控制算法能够更好地满足工业应用的需求。
综上所述，本文通过对三相PWM整流器的模型预测控制研究，提出了一种新的控制方法，可以有效地提高整流器的响应速度和控制精度。
这对于电力电子技术的发展和工业应用具有重要意义。
未来的研究可以进一步优化模型预测控制算法，提高整流器的性能，并将其应用于更广泛的领域。
矿用三电平PWM整流器的应用研究
科学技术创新2020.24矿用三电平PWM 整流器的应用研究王元（华北科技学院信息与控制技术研究所，北京101601）随着国家电力对煤炭需求的日益增加，矿用皮带运输机的性能需求逐渐提高，为适应目前的采矿运输需要，我们的大型设备需要不断的向大型化、大功率华、新型化方向发展。
目前我国大部分矿用皮带运输机仍采用直流电机驱动，但因为其工艺结构复杂、采用无接触结构式、精密控制时采用闭环控制系统等缺点，已不适应现在的市场。
通过建立三相三电平整流器的数学模型，介绍pwm 整流器在矿用皮带运输机中变频系统中的常见应用，分析了其结构功能特点和相关功率因数、THD ，最后提出并联超级电容组在整流器直流侧进行创新，增加其储能滤波功能。
1传统整流器的缺陷不控二极管及晶闸管目前在矿井设备中，仍作为主流整流器来使用。
但是其整流电路属于最早出现的电路之一，大部分数模转换的直流输入电压，是由不控或相控整流得到的，因此应用极为广泛，同时也有以下缺点：（1）对电网产生大量谐波；（2）直流侧调制周期过长，导致系统反应迟缓；（3）负载运行时，需要大容量电抗器和电容来调节，整个系统体积上升，增大损耗；（4）产生的谐波使网端耗电量增加，同时造成较多的无功电流，使整个系统的负荷增大，发电输电率降低；（5）谐波同样会对电缆造成损害，其加大了电缆周围的电场强度，使得危险性增加。
下午为传统不空二极管整流器的数学模型分析：二极管整流网侧电流傅里叶级数分解为：（1）根据公式计算可得二极管的THD 和相关功率系数：表1为各次谐波数值分析。
表1各次谐波数值分析由上表可得，高次谐波较多，造成电网的电能质量变差，干扰了电网中所使用的正常谐波，功率因数较低，降低了整流电路的电能利用率，增加供能损失，总谐波失真率较高，所以需要额外添加滤波电路和功率补偿电路，增加了整个设备的体积和造价。
相对于传统整流器所带来的大量缺陷，pwm 整流器不但可以减少无功高次谐波的生成，而且可以应用于无源逆变电路中，不管是实现供能还是体积成本各方面，都可由用来代替传统的整流电路中二极管或者进闸管。
三相三电平PWM整流器的研究的开题报告
三相三电平PWM整流器的研究的开题报告
一、选题背景
随着电力电子技术的快速发展，三相三电平PWM整流器在电力系统中得到了广泛应用。
三相三电平PWM整流器可以将交流电能转换为直流电能，并且可以有效地控制直流电压和电流，具有节能、效率高、安全可靠等优点。
因此，研究三相三电平PWM整流器对于提高电力系统的效能和可靠性具有重要意义。
二、研究内容
本研究主要研究三相三电平PWM整流器在电力系统中的应用及其控制策略。
研究内容包括：
1. 三相三电平PWM整流器的基本原理和结构
2. 三相三电平PWM整流器的控制策略及其特点
3. 三相三电平PWM整流器在电力系统中的应用场景和优势
4. 三相三电平PWM整流器的实验研究和性能测试
三、研究意义
本研究的意义在于：
1. 探究三相三电平PWM整流器的基本原理和控制策略，为电力系统的设计和调节提供理论依据。
2. 分析三相三电平PWM整流器在电力系统中的应用场景和优势，为电力系统建设提供可行性建议。
3. 对三相三电平PWM整流器进行实验研究和性能测试，为其在实际应用中提供参考和指导。
三电平PWM整流器研究
关键词：三电平 PWM 整流器 中点控制方法
数学模型空间矢量 双闭环控制
PWM 中点平衡问题 复合控制
I
ABSTRACT
In recent years, high- voltage and high-power power electronics devices have been widely used.
II
surging method, are used in the design process of two closed- loop control system. Also, in order to improve the dynamic characteristic of the rectifier and lighten the burden of the controller, compound control strategy is used.
A three-level PWM rectifier prototype is constructed, which uses TMS320F240 DSP as the heart of control system. Experimental results demonstrate tha t, using proposed neutral-point control method, the neutral-point ripple can be restrained effectively. Also the control system can provide satisfied steady state and dynamic characteristic for the sinusoidal input current and output DC voltage.
基于SVPWM三电平整流器的设计与研究
基于SVPWM三电平整流器的设计与研究作者：谭姗姗来源：《科学导报·科学工程与电力》2019年第40期【摘; 要】以提升机的整流装置为研究背景，从通用性出发，重点针对大功率发射机功率因数低的问题，开发包括整流器在内的新型电力电子变流装置，使其在使用时既不产生谐波，也不消耗无功功率，即在整流电路工作时，使输入侧的电流正弦化，输入功率因数为1或者接近于1，能量实现双向流动，真正实现绿色电能的转换，因此研究这样一种特种电源具有重要的实用意义。
【关键词】三电平整流器;SVPWM;控制技术;中点平衡由于电力电子器件、高精度高速运算芯片、实时仿真及控制等技术的飞速发展，各类电力电子装置正广泛地应用于交直流可调电源、电力供电系统、电气传动控制与电化学生产等领域给人们带来了一系列的新问题：无功和谐波对电网的污染日益严重，环境逐渐恶化，能源也越来越匱乏。
在这个背景下，随着多电平技术的发展和日趋成熟，对三电平整流器的研究近年来成为热点，提高电网的功率因数，消除电网谐波污染，已成为整流器技术发展的趋势。
随着科学技术的迅猛发展，大量的非线性电力电子变流装置在现代工业、交通、国防、生活等领域得到广泛应用，如交直流换流设备、整流器以及输入端为整流电路的变频器和不间断电源等，它们完成了对电能进行变换处理的任务，使得用电设备处于比较理想的工作状态，或者满足负荷某些特殊的要求，从而获得最大的经济效益。
当今，经过变换处理后再供用户使用的电能在全国总发电量中所占的百分比，已经成为衡量一个国家技术进步的主要标准之一[1]。
然而，这些非线性负荷设备在传递、变换、吸收过程中把部分基波能量转换成谐波能量，造成交流输入电压、电流发生畸变，向系统中注入高次谐波，使输入功率因数降低，电能质量下降，对电力系统包括用户的安全、经济运行产生严重的危害和影响，甚至造成电力设备的损坏，干扰保护产生误动，引发电力系统大面积停电等事故。
随着电力电子的迅猛发展，这些变流装置的应用场合和容量无疑都将日益增长，其产生的谐波和危害也日益严重，因此抑制谐波污染引起世界各国的高度重视，具有十分重要的研究意义。
三电平PWM整流器多模型预测控制方法
三电平PWM整流器多模型预测控制方法曹晓冬;谭国俊;王从刚;李浩【摘要】针对PWM整流器滤波电感、等效电阻等参数失配时高性能控制问题,在模型预测控制的基础上引入多模型自适应环节,提出一种三电平PWM整流器多模型预测控制方法.在该方案中,根据整流器模型参数实测值及其波动范围建立多模型集,由各子模型预测输出与整流器系统实际输出偏差,确定与实际系统模型匹配度较高的多个子模型,加权求和后即可确定最优系统参数.针对多模型自适应控制与模型预测控制相结合引起的大负荷在线计算问题,提出一种在线优化多模型预测控制方法,分别设计了在线优化移动子集和多电平快速预测控制方法对其进行简化.最后,实验结果表明所提控制策略的正确性和有效性.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2014(029)008【总页数】9页(P142-150)【关键词】PWM整流器;多模型预测控制;移动子集;无差拍控制【作者】曹晓冬;谭国俊;王从刚;李浩【作者单位】中国矿业大学信息与电气工程学院徐州 221008;中国矿业大学信息与电气工程学院徐州 221008;中国矿业大学信息与电气工程学院徐州 221008;中国矿业大学信息与电气工程学院徐州 221008【正文语种】中文【中图分类】TM4611 引言三电平PWM 整流器以其输入单位功率因数、网侧电流畸变率低以及dv/dt 冲击小等特点广泛应用于中、大容量的电力电子系统中。
为保证PWM整流器静、动态性能，国内外学者对其控制策略进行了深入研究，主要包括:电压电流双闭环控制[1]、开关表滞环控制[2,3]以及模型预测控制[4,5]等策略。
模型预测控制（Model Predictive Control，MPC）以电力电子系统离散预测模型为基础，根据历史输出和未来输入预测系统未来输出，最后采用滚动优化的方式，结合目标函数决策即可确定最优开关状态。
由于无需脉宽调制部分且无需构建离线开关表，结构简单、控制灵活且动态性能优异，得到广泛研究[4-7,13,17]。
三电平PWM整流器控制研究
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（ ｈ ａＵ ｉ ｒ ｏ ｎｎ ｎ ｅｈ ｏｏｙ， ｚ ｏ ２０ ８ ｈｎ ） Ｃ ｉ ｎ ｅｓ ｆＭｉｉ ａｄ Ｔｃ ｎｌ ｎ ｖ ｇ ｇ Ｘｕｈ ｕ２ １０ ，Ｃ ｉ ａ
（ 国矿 业大 学 ， 息与 电气 工程 学院 ，江苏 徐州 中 信 ２ １０ ） ２ ０ ８
摘要 ： 对高压 、 功 率三 电平 Ｐ 针 大 ＷＭ 整 流 器 进 行 了 分 析 研 究 。 提 出 一 种 优 化 三 电 平 Ｓ Ｐ Ｖ ＷＭ 算 法 。 立 了 三 电 建 平 整 流 器 的 高 频 数 学 模 型 ， 采 用 虚 拟 磁 链 定 向 的 定 频 直 接 功 率 控 制 ， 实 现 了 整 流 器 高 动 态 性 能 控 制 。 基 于
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｂａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｈ ｇ ｏｔ ｇ ｎ ｉｈ ｐ ｗｅ ｏ ｓｄ ｒ ｔ ｎ ．ｈ ｈ ｅ — ｖ ｌＰ Ｍ ｅ ｔ ｅ ｓ ａ ａ ｙ ｅ ． ｐ ｉ ｓｒ ｃ ： ｓ ｄ ｏ ｈ ｉ ｈ ｖ ｌ ｅ ａ ｄ ｈ ｇ ｏ ｒｃ ｎ ｉ ｅ ａｉ ｓ ｔ ｅ ｔ ｒ ｅ ｔ ｅ Ｗ ａ ｏ ｅ ｒ ｃｉ ｒ ｉ ｎ ｌ ｚ ｄ Ａｎ ｏ ｔ－ ｉ ｆ
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国内高校教 师普 遍存在这 样的问题 ， 一般 是都是本科 、 硕士 、 博 士乃 至博士后 ， 然后 到学校 当教 师 ， 遍存在理 论水平 高 ， 普 实践 水平低 的现象 。 要解 决这个 问题 ， 用三种方法 ： 一是 “ 请进来 ”请 ， 大型 国企或跨 国企业里 面那些 具有丰富实践 经验 的工程师和高 级工程师到高校指导学生实践 ； 二是 “ 出去 ”就 是派遣缺乏工 走 ，
１ ７个二级 标题 、Ｏ个 三家标题 的所 有 内容 ，针对每 种能力 ， ７ 都 有相应 的内容 。同时 ， Ｄ Ｏ是全新 的大 纲 ， Ｃ Ｉ 各个 国家 、 学校要根 据 自身 的实 际情况制订 相应 的教学计 划 ， 而不是 照抄外 国或外
校的经验 ； 外 ， Ｃ Ｉ 另 在 Ｄ Ｏ模 式 下 实 施 的 教 学 计 划 ， 根 据 最 终 应
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【】 鸿 ， 兆 麟 ． 于 三 相 Ｐ Ｍ 整 流 器 的 无 死 区空 间 矢 量 １毛 昊 基 Ｗ 调 制 策 略 Ⅱ． 国 电机 工 程 学报 ，０ １２ （１： ０ ０ ． 】 中 ２ ０ ，１１） ０ —１４ １ 【】 ２陶海 军 ， 征 ， 庆 华 ． 于 电流 预 测 控 制 的 Ｐ Ｍ 整 流 郑 高 基 Ｗ 装 置 研 究 Ⅱ． 南 理 工 大 学 学报 （ 】 河 自然 科 学版 ）２ ０ ，７ ） １ － ，０ ８ ２ ￣ ： ９ ６
开 关状 态 。
结 论
也要一个 Ｐ ＷＭ开关周期 ， 其电流预测控 制就是使 这种 控制 滞后
缩减到一个 Ｐ ＷＭ开关周期 。 令 ｉ １ｉ（） （ ） ｃ 分别 为 ｔ时刻三相 Ｖ Ｒ实际 电流矢 量和指令 ｎ， ｎ Ｓ 电流矢量 。根据 电流预测控制 的要求 ， 任一个 Ｐ ＷＭ开关周 期（， ｔ ｎ ｔ Ｔ ）其中 ：ｓ Ｐ ． ｓ， ＋ ｒ 为 ＷＭ开关周期。电流控制必须满足 ： ｒ
生缺乏必要的团队合作意识和沟通协调能力等。 Ｄ Ｏ大纲 的提 ＣＩ
程 实践 的教师定 期到 国企和跨 国企 业里 面进行 一定 时 间的 见 习， 提高工程 意识 和工程能力 ， 更好地为学生服务 。
结 语
出， 基本解决 了工科教育 中存 在的主要问题 ， 对我 国工科教育有
很 大的启示 。
引 言
省略繁琐 的公式推导 ， 三电平 Ｐ ＷＭ 整流器在 Ａ Ｃ坐标 系 Ｂ 下得数学模 型。
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Ｐ ＷＭ 整流器 由于其输入 电流 正弦 ， 功率 因数可控 ， 能量 双 向流动 ， 直流母线电压可控和抗负载扰 动能力强等优点 ， 越来越
受 到重视。 电平整流器每个功率管 ， 承受 的电压仅为直流母 三 所 线 的一半 ， 且交流侧 电压 、 电流谐波大 为减 少 ， 因此在高压 大功
Ａｘ Ｂ Ｐ Ｘ＋ ｘ
（） １
式 中：
一
率 场合 得到广泛应用 。 目前广泛应用 的是 电压型 Ｐ ＷＭ整流 器 ，其主要控制 策略 为电压定 向矢量控制方式 在文献［ ， ｌ 。 ２ 作者分析 了这种控制方 １ 中
法， 系统保 留 了电流滞 环控制 ， 虽然响应速 度较快 ， 但必然使 网 侧 电流脉动加大 ， 谐波含量升高。 本文直接 由基本 电压矢量合成
和 Ｕ 为整 流器 眦，
输出负 载电流 ， 电容 中
（＋ ： 一 Ｓ ｑ ｌ
由式（）以状态反馈解耦 电流环控制系统框图 ４，
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为 了便于推导出系统数 学模 型 ， 可将开关 函数进一步分解 ： 当 Ｓ＝ 时 ， ａ ｌ 定义 Ｓａ ｌ ２＝ ，￣ －； Ｓ＝ 时 ， 义 Ｓ ＝ ， ， ，Ｓ Ｏ Ｓ － 当 ａ ０ ＝ ａ ａ０ 定 ｎ ｉ ０
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电流预测算法求得 的指令 电压矢量 ， 小了电流脉动 。 减 电压闭环 采用微分先行 的 ＰＤ控制 ， Ｉ 改善 了系统的动态性 能。
三 电平 整 流 电路 的 数 学 模 型
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２ １ 年 ９期 ０ １
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理 ：农 医 博 览 Ｉ ＝
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【 摘 要】本 文 通 过 分 析 三 电平 整 流 器 在 静 止 Ｏ １ 标 系的 数 学模 型 ，介 绍 了 电 流预 测 的 ． ｒ３坐 一
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图 １ 三电平整流 主电路 根据三 电平 Ｐ ＷＭ整流器 的开关 函数 ，可 以将 每相桥臂等
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效为一个单 刀三掷开关 ，得 出三电平 Ｐ ＷＭ整 流器的等效 电路
如 图 ２所示［ ３ １ 中 Ｕ ａＵ ｂ和 Ｕ ｃ 。其 ｓ、ｓ ｓ 为三相 电网输入 电压 ， 、 ｉｉ 咀
ｓ ％ ％ａＳ
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流 电感 和 交 流 电 抗
田 于 电谷 网踊 明 甩雎 ｕ ｃ ｉ ｒ １利 ｕ ｃ ｄ ２儿 一 佯 ， 口 以 血 似 ， Ｊ 寺
６ ． ２２
对式（） １在一个 Ｐ ＷＭ控制周期求平均值 上式变为：
一
ｒ （ ＋Ｄ 哮 Ｒ ｉ
一
（ ） （ ， １ 一 等 ０ ）
上标 ａ 表 示平均值 ， ｖ 在开关频 率很 高的情况下 ， 在整流 器 交流侧 电压 ， 每个开关周 期的平均值 可以看作指令 电压值 Ｕ＊ｔ ｃ ，
电流 预 测控 制 策 略
一
（
） ）
（ １ １）
对 于基 于数字控制的三相 Ｖ Ｒ电流控 制 ， Ｓ 由于 电流采样 和 Ｐ ＷＭ控制延 时的存 在 ， 电流控制存在滞后 。而这种 滞后最小 使
指令电流可以 由直流 电压反馈量与 给定值 比较后 ，以微分 先行 ＰＤ作为调节器 ， 动态性能得到改善 。 Ｉ 使 得到指令空 间电压 矢量后 ， 由上文所述 的 ２ ７个基本空 间矢量合 成得 到相应的各相
【 林 风 ， 正 ． 国高 等 工 科 教 育 的 历 史 沿革 与 发 展 趋 势 Ｕ． １ 】 李 美 Ｊ
理 工 高教 研 究．０ ７５ ： ￣ ９ ２ ０ （） ７ ３ ． ３
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１人 才 培 养 方 案 的 设 计 应 当 以工 程 能 力 培 养 为 核 心 ．
总之 ，Ｃ Ｉ ＤＯ教育模式 是先 进的教育理念 ， 是解决当前工科
教 育中问题 的指导性 文件 ， 是一个资源 开放 、 兼容性 强 、 包容性 广 的教育改革纲领 ， 何一个引进 Ｃ Ｉ 教育模式 的工 科专业 ， 任 ＤＯ 必须根据各 自专业不 同的特点 ， 重新修订或设计教学大 纲 ， 才能 有效地实施 Ｃ Ｉ Ｄ Ｏ教育理念和精 神。
关函数也 作如上分解 。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
专 业评估进 行调整 ， 因为市 场对毕业 生能力 的需 求不 是一成不
变 的。
２ 对教 师 的要 求提 升 到 工程 层 次 ．
要培养 出具 有现代工 程意识和能力 的工程师 ，首先就需要