PWM整流器控制策略研究与实现

整流器作为电力机车电源侧变流器,是整个交流牵引传动系统的重要组成部分。采用二极管不控整流或晶闸管相控整流电路会造成严重的电网污染,而采用PWM整流器可获得高功率因数,低谐波污染以及能量的双向流动,适用于大功率交直交电力机车传动系统,在电力机车装备领域具有广阔的应用前景。 本文分析了单相电压型两电平整流器的工作原理和工作模式,通过定义开关函数,建立了其等效电路以及数学模型。瞬态电流控制和预测电流控制具有较好的控制性能,适合电力机车应用场合,本文对这两种控制策略进行了详述。整流器的二重化控制可以达到减小谐波和扩大容量的目的,文中对其原理和实现方式进行了研究。 与两电平PWM整流器相比,三电平PWM整流器在降低主开关管电压应力的同时,具有交流侧电压谐波小、开关损耗小、电磁污染少等优点。文中详细分析了单相三电平二极管箝位PWM整流器的工作原理,得出了其开关等效电路。介绍了几种不同电路结构的三电平整流器,通过定义各自的开关函数,建立了其统一数学模型。研究了基于SPWM、SVPWM调制算法的瞬态电流控制原理及实现方式。对三电平整流器固有的中点电位平衡问题进行了分析,并引入了一种较为简单的脉冲转换方法以解决中点电位的平衡。 在MATLAB/Simulink仿真环境下建立了各种控制策略的双闭环仿真模型,对仿真结果进行了分析,并得出相关结论。针对直流侧未加二次滤波环节的问题,进行了仿真分析。 由于系统响应特性与系统参数密切相关,论文给出了PWM整流器主电路参数设计方法。搭建了PWM整流器的硬件实验平台,完成了两电平整流器的双闭环实验。实验结果验证了仿真分析的正确性。