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二极管中点箝位(NPC)三电平PWM整流器因其具有更低的网侧电流畸变率、更高的直流输出电压、双向功率流动等特点而被广泛应用于中高压变频调速、风力发电、高压直流输电、无功补偿等领域。本文以高频滤波性能更优的LCL滤波NPC三电平PWM整流器作为研究对象,对脉宽调制策略、有源阻尼控制、不平衡控制作了讨论和研究。
本文分析了LCL滤波PWM整流器低频简化模型,以此为基础研究了其电压定向控制(VOC)和直接功率控制(DPC-SVM)两种闭环策略,实验结果表明VOC动态响应快,而DPC-SVM具有更优的稳态性能;本文对偶次谐波消除空间矢量调制(SVM)策略矢量选择原则进行了拓展,对载波调制方法进行初步研究,实验结果表明载波调制算法简单,易于实现;偶次谐波消除法矢量选择灵活,直流侧中点电位波动小,网侧电流谐波含量更低。
针对LCL滤波器的谐振现象,本文对基于VOC的虚拟电阻有源阻尼控制策略进行研究,并通过相位补偿消除电容支路引起的网侧电流相位差,实验结果表明有源阻尼控制可以有效抑制电流谐振并且保证三电平PWM整流器单位功率因数运行。进一步研究了取电容支路瞬时功率高频分量作为阻尼环节的DPC-SVM有源阻尼控制策略、基于DPC的特定次谐波抑制策略,实验结果表明该方案可以获得更低的网侧电流谐波含量更低。
电网电压不平衡下PWM整流器在传统平衡控制策略下会产生不希望的网侧负序电流和直流侧电压波动,本文讨论了抑制网侧负序电流、抑制直流侧电压波动两种不平衡控制策略,对其进行了实验验证;并结合有源阻尼控制策略对不平衡算法进行改进,完成对LCL滤波三电平PWM整流器在电网不平衡条件下的控制,仿真验证算法有效可行。
最后论文设计了三电平PWM整流器LCL滤波器参数,并以TMS320F28335为控制器,搭建了基于LCL滤波的6kW/380V三电平PWM整流平台控制系统,并根据规范性软件架构要求完成系统软件的设计,以此为基础完成相关章节算法的实验验证。