基于LCL滤波的PWM整流器研究

来源 :重庆大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:haiwei2009
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三相电压源型PWM整流器(VSR)具有能量双向流动、功率因数可控、高效率等优点,因此被广泛地应用在新能源发电、电气传动、高压直流输电、有源电力滤波、静止无功补偿等领域。三相电压源型PWM整流器需要经过一个滤波器再接入电网,其的传统滤波器是单电感L,在大功率场合,为了得到满意的滤波效果,通常选择的滤波电感L的值较大,这会增加滤波器的造价,并使得系统的动态响应降低。为了解决上述问题,学者提出了运用LCL滤波器代替传统的单电感L滤波器接入电网,在同等功率容量和相同的滤波效果下,LCL滤波器以较小的电感值(相对于单电感L滤波器)达到理想的滤波效果,从而减小了滤波电感的体积,节约了成本。  本文首先建立了LCL滤波器在各种坐标系下的数学模型,并分析了LCL滤波器各个参数对其的频率特性的影响,为滤波器参数设计提供了一定的理论依据。比较了LCL滤波器和L滤波器滤除高频谐波的能力,得出LCL滤波器能更有效地滤除整流器开关频率附近的谐波。  对LCL滤波的三相电压型PWM整流器(VSR)进行了建模分析,并推导出了三相电压型PWM整流器(VSR)在各种坐标系下的数学模型,为设计控制系统提供理论基础。为了抑制LCL滤波器的谐振,本文采用了最简单的无源阻尼法。  总结了LCL滤波器参数设计的传统方法。传统的设计方法很复杂,需要通过反复的试探性计算直到方程有正解为止,这种方法设计出来的滤波器参数并不能是滤波器达到最优的滤波效果。因此,本文应用了遗传算法进行滤波器参数设计,取得了良好的效果。  给出了PWM整流器控制系统的设计过程。本文采用电压定向的矢量控制,控制结构采用了双闭环,即电压外环和电流内环。本论文进行了以下三种情况的仿真研究:外环和内环都采用了PI控制器;电流内环采用内模控制器,外环电压采用PI控制器;电流内环采用内模控制器,电压外环采用滑模控制器,仿真结果证实了滑模控制和内模控制的鲁棒性。  完成了基于DSP控制系统设计和LCL滤波的PWM整流器的闭环实验,并验证了基于滑模和内模控制的有效性。
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