【摘 要】
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单相脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器不仅拥有稳定的直流侧电压、能量可双向流动,而且还可以实现网侧单位功率因数、电网谐波污染小的优点,可以降低注入电网的谐波和无功功率,减少污染。因此,单相PWM整流器在有源电力滤波、光伏电池、不间断电源等诸多领域得到了广泛应用。随着用户对电力电子设备需求的提高,对PWM整流器的性能也提出了更高要求。因而,深入研究PWM整流器高性
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单相脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器不仅拥有稳定的直流侧电压、能量可双向流动,而且还可以实现网侧单位功率因数、电网谐波污染小的优点,可以降低注入电网的谐波和无功功率,减少污染。因此,单相PWM整流器在有源电力滤波、光伏电池、不间断电源等诸多领域得到了广泛应用。随着用户对电力电子设备需求的提高,对PWM整流器的性能也提出了更高要求。因而,深入研究PWM整流器高性能功率控制算法,具备重要的实际价值和工程运用意义。首先,本文分析了单相两电平PWM整流器的拓扑和不同开关模式下的工作原理,建立了d-q旋转坐标系下的数学模型,同时结合单相瞬时功率理论,推导了功率控制的数学模型;并介绍了传统直接功率控制和有限集模型预测功率控制算法原理和设计方法。其次,详细地分析了基于参考频率相位检测算法存在相位偏移的原因,并提出了一种偏移分量提取的相位检测算法。该算法能提取相位偏移角度的正余弦值,并在相位检测算法中补偿。即使参考频率与实际电压频率不相等,也能准确地获得电网电压的实时相位。为了提高频率突变时的相位检测动态响应,进一步提出了一种双重补偿的锁相方法。该算法对低通滤波器进行超前补偿,消除了低频信号通过一阶低通滤波器的相位偏移;同时利用q轴电压将检测的同步信号进行反馈,实时调节低通滤波器的相位补偿大小,提高了相位检测的动态响应。再次,为了提高模型预测功率控制的精度,本文提出了一种改进的二阶广义积分器(improved second-order generalized integrator,ISOGI)来获取网侧电压、电流的α-β坐标系分量。该算法能够有效地消除α-β坐标系中各次谐波对瞬时功率计算的影响。并针对模型预测控制中电感敏感性问题,定量分析了电感参数失配率对系统无功功率的影响;在此基础上,进一步提出了一种无功偏移累计的PI补偿方法,用于消除电感失配带来的无功偏移。将上述算法和传统模型预测功率控制算法进行计算机仿真对比,结果表明:所提算法即使电感失配率为-90%～90%,也能实现网侧单位功率因数,并且谐波含量更低,提高了模型预测的控制精度。最后,在DSP+FPGA的RT-LAB硬件在环半实物实验平台上,完成基于参考频率的相位检测算法和电感失配下模型预测功率控制算法的DSP+FPGA程序开发,并进行半实物实验验证。
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