基于功率反馈的三电平PWM整流器仿真研究

三相电压型SVPWM整流器仿真研究一、概述随着电力电子技术的快速发展，三相电压型SVPWM（空间矢量脉宽调制）整流器作为一种高效、可靠的电能转换装置，在新能源发电、电机驱动、电网治理等领域得到了广泛应用。

SVPWM技术以其独特的调制方式，能够实现输出电压波形的高精度控制，提高整流器的电能转换效率，降低谐波污染，成为现代电力电子技术的研究热点。

三相电压型SVPWM整流器的基本工作原理是通过控制整流器的开关管通断，将交流电源转换为直流电源，为负载提供稳定、可靠的直流电能。

在SVPWM调制策略下，整流器能够实现对输入电压、电流的高效控制，使电网侧的功率因数接近1，从而减小对电网的谐波污染，提高电能质量。

为了深入了解三相电压型SVPWM整流器的性能特点，本文将对其仿真研究进行深入探讨。

通过建立整流器的数学模型，利用仿真软件对其进行仿真分析，可以直观地了解整流器在不同工作条件下的运行特性，为实际工程应用提供有力支持。

仿真研究还可以为整流器的优化设计、参数选择等提供理论依据，推动三相电压型SVPWM整流器技术的进一步发展。

三相电压型SVPWM整流器作为一种高效、可靠的电能转换装置，在现代电力电子技术中具有重要的应用价值。

通过仿真研究，可以深入了解其性能特点，为实际应用提供有力支持，推动相关技术的不断发展。

1. 研究背景：介绍三相电压型SVPWM整流器的研究背景及其在电力电子领域的应用价值。

能源转换效率的提升：在当前的能源结构中，电力是最主要的能源形式之一。

电力在传输和分配过程中往往存在损耗和污染。

三相电压型SVPWM整流器作为一种能够实现AC（交流）到DC（直流）高效转换的装置，能够显著提高能源转换效率，降低能源浪费，从而满足日益增长的能源需求。

电网稳定性的改善：随着可再生能源的快速发展，电网的稳定性问题日益突出。

三相电压型SVPWM整流器具有快速响应和精准控制的特点，能够有效地改善电网的电能质量，提高电网的稳定性。

单相三电平S P W M整流器的研究与设计摘要随着电力电子器件、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，然而大多数的电力电子装置都是通过变流器与电网相连，总存在网侧功率因数低以及输入电流谐波成分高的问题。

为了减小谐波干扰对电网质量的危害，以及可能因此而引发的事故，1994年3月国家技术监督局颁布了国标GB/T 14549-1993《电能质量公用电网谐波》。

抑制电力谐波提高功率因数的方法主要有两种，一种是装设专用的谐波补偿装置，该方法相应地带来了成本增加的问题；另一种是采用新型的高功率因数变流器。

PWM整流器作为高功率因数变流器的一个重要方向，在各种工业生产领域扮演着重要角色。

它不仅要求中间直流环节的电压保持恒定，交流侧功率因数为1，还要求尽量减少电流谐波。

然而相对于两电平PWM整流电路，三电平PWM整流器的功率开关管所承受的关断电压为直流侧电压的一半，减少了功率开关管的电压强度，同时电平数的增加使入端电流更接近正弦波，在同样的的开关频率及控制方式下，其电流谐波总畸变率（THD）要远小于两电平PWM整流器。

因此，本毕业设计以单相三电平PWM整流器为研究对象, 首先介绍了课题的产生背景、研究概况及意义，阐述了PWM整流器的工作原理，并对其开关工作模态以及拓扑结构进行了分析；其次，在此基础上，建立了三电平整流器的系统数学模型，并对PWM控制技术进行总结，采用电压电流双闭环控制，利用MATLAB/Simulink进行了仿真实验。

仿真结果表明，系统的工作情况与理论分析相符合，该系统不仅能使直流电压在一定范围内可调，而且使整流器交流侧电流谐波降低，实现了单位功率因数运行。

关键词：三电平整流功率因数校正 MATLAB仿真ABSTRACTWith the rapid development of power electronic devices, high-precision high-speed computing chip, real-time simulation and control technology, various types of power electronic devices are widely used in AC-DC adjustable power supply, power supply systems, electrical transmission control and electrochemical production etc, but most power electronic devices connected to the grid through the converter, there is always the low power factor and high harmonics problem of the input current.In order to reduce the harm of grid-quality by the harmonic-interference, and the accident may resulted form it, the State Bureau of Technical Supervision issued a national standard GB/T 14549-1993 "harmonic power quality utility" in March 1994. There are two methods to improve power factor and inhibit power harmonic, one is the installation of a dedicated harmonic compensation devices, the method has brought a corresponding increase problem in the cost ; the other is using the new high power factor converter .PWM rectifier ,as an important direction of high power factor converters, plays an important role in the various areas of industrial production. It not only requires the constant of middle- dc voltage, AC power factor is 1, also required to minimize the current harmonics.However, in related to the two-level PWM rectifier, the DC side power switch turn-off voltages of three-level PWM rectifier are the half, so it reduce the power voltage- strength, and the increase of the lev el’s numbers makes the input-side current closer to the sine wave, and at the same switching frequency and control mode, the total current harmonic distortion (THD) is much smaller than the two-level rectifier.Therefore, this graduating-design choose the single-phase three-level PWM rectifier as research object. First this paper introduces the background,research survey and significance of this research subject, explains the working principle of the PWM rectifier and analyzes its switching modes and topology; Secondly, on this basis, a systemmathematical model of the three-level rectifier is built, then begin a MATLAB/simulink simulation experiment with the summary of PWM controltechniques and the use of voltage and current double closed loop control. Simulation results show that the work of the system consistent with the theoretical analysis, this system not only enables the DC voltage isadjustable within a certain range, but also reduce the rectifier AC side current harmonics to achieve the unity power factor operation.Key words: three-level power factor correction MATLAB simulation主要符号说明S u 输入交流电源电压s i 网侧电流ab AB u u / 交流侧调制电压d u 直流侧输出电压d i 直流侧输出负载电流g i 中点箝位电流1u 直流侧电容C1两端电压2u 直流侧电容C2两端电压a S 1-a S 4/b 1S -b S 4 三电平整流器左/右半桥臂四个开关管a VD 1-a VD 4/b VD 1-b VD 4 三电平整流器8个反并联二极管1C /2C 直流侧上下两个支撑电容R 入端电阻L 入端电感L R 直流侧输出负载电阻A S 三电平整流电路简化模型的A 相开关S三电平整流电路简化模型的B相开关B毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

基于PSCAD 的三相电压型PWM 整流器研究与仿真郑诗程1，黄加虎21)安徽工业大学电气信息学院，马鞍山 243032 2) 安徽工业大学电气信息学院，马鞍山 2430321)Email ：***************.cn 2) Email ：***************摘要：分析了电压型PWM 整流器的双闭环解耦控制原理。

针对PI 控制条件下电网扰动与负载扰动对直流侧电压动态波形影响较大的特点，引入了带负载电流前馈的控制方案，有效的提高了系统抗干扰性能。

最后，在PSCAD 仿真环境下，建立了系统的仿真模型，进行了仿真分析和研究，验证了方案的正确性和可行性。

关键词：PWM 整流器，双闭环，负载扰动，电网扰动，负载前馈，PSCAD 仿真1. 引言随着电力电子技术的发展，PWM 整流器技术已经日趋成熟，相较于二极管不可控整流与晶闸管的半控整流，电压型PWM 整流器具有网侧电流低谐波、单位功率因数、能量双向流动及恒定直流电压控制等优点，日益引起人们的关注。

现已开始被广泛应用于单位功率因数整流、工业直流电源、交流传动等工业领域，又由于其网侧呈现为电流源特性，故还常常被扩展到电能质量与可再生能源发电方面等方面[1]。

然而在PWM 整流器的应用过程中，负载变化一般较为剧烈，电网有时也会发生电压波动，这都会影响到直流侧电压，使其动态过程发生较大偏差，不利于系统稳定运行。

文中在原有的电压电流双闭环的基础上添加了负载电流前馈控制技术，并在PSCAD/EMTDC 环境下进行了仿真研究，结果证明整流器的抗负载和电网电压扰动能力有了很好的改善。

2. 三相PWM整流器的数学模型图1 VSR 主电路拓扑三相电压型PWM 整流器的拓扑结构如上图所示。

为描述能量的双向传输，直流侧负载通常由R L 和直流电动势e L 串联表示。

为分析方便，首先定义单极性二值开关函数S k (k=a,b,c)，当S k =1时，表示上桥臂导通，下桥臂关断，当S k =0时表示下桥臂导通，上桥臂关断，由VSR 拓扑可得：⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧++−=−−=+−−=+−−=+−++=)(31000c b a dc N N c dc c c S c S N b dc b b S bSN a dc a a S a S dc c c b b a a udcs s s u u us u e i R dt di L u s u e i R dtdi L u s u e i R dt diL i s i s i s i dt d C （1） 尽管在（a，b，c）三相静止坐标系下数学模型直观，具有物理意义清晰的特点，但交流侧为时变交流量不利于控制系统的设计，故需要通过坐标变换将其转化为以电网电压基波频率同步旋转的DQ 坐标系，这样三相静止坐标系中的基波正旋量就转化为DQ 坐标系中的直流量，以达到简化控制系统设计的目的。