基于滑模控制的三相电压型PWM整流器的研究

近年来,电力电子产品在生产和生活领域的应用日益广泛,促进了对整流装置和整流技术的深入研究。传统二极管不控整流以及晶闸管相控整流存在功率因数较低,交流侧输入电流畸变严重等缺点,由此产生的大量谐波及无功量给电网造成了严重的“污染”。应用PWM控制技术通过对整流电路的适当控制,可以令网侧输入电流和输入电压为同相位的正弦波,实现单位功率因素,并且得到可控的稳定直流电压输出,甚至使得网侧和直流侧能量可双向传输。PWM整流器的诸多优点使其在电力电子的各个领域得到了广泛应用,同时成为了热点研究课题。 本文首先介绍PWM整流器的相关研究和应用热点问题,对其主要典型拓扑结构进行分类介绍,详细分析了四象限运行原理,并对单相和三相电压型PWM整流器工作原理逐一阐述。在介绍工作原理的基础上,以三相电压型PWM整流为研究对象,建立基于开关函数的ABC三相和αβ两相静止坐标系以及dq两相同步旋转坐标系下的数学模型。 然后,介绍滑模变结构控制理论的基本原理和建模方法,分析滑模控制存在抖振的原因并给出当前应用较为广泛的几种削弱抖振的措施。对滑模控制技术在PWM整流中的应用及存在的问题进行分析,将三相电压型PWM整流器系统看成一个整体,建立基于电压的滑模面计算单元和基于电流的滑模控制律。 最后,在MATLAB中搭建系统的非线性控制模型,给出空间电压矢量控制的实现方法并搭建模型产生SVPWM波。通过得出的网侧电压电流波形,以及直流侧电压波形来验证PWM整流器输入电流正弦化,功率因数高,能量可双向流动等特点。在扰动作用下,对采用传统PI控制和滑模控制后系统的波形进行比较。通过仿真得出的波形比较来验证滑模控制在PWM整流器中应用的可行性和优越性。