随着电力电子技术以及计算机技术的发展,空间电压矢量脉宽调制(简称SVPWM)整流技术日益引起人们广泛的关注。三相电压型SVPWM整流器具有高功率因数、低谐波污染、恒定直流电压控制、能量的双向流动等优点,具有广泛的应用领域,是当今“绿色”整流器的研究热点。
本文以电磁法探测领域的整流装置为研究背景,从通用性出发,围绕三相电压型SVPWM整流器中的系统分析、系统设计、系统高速仿真平台以及离散域系统模型的构建等方面开展研究。论文主要做了以下工作:
①根据主电路的拓扑结构,阐述了三相电压型SVPWM整流器的基本工作原理。介绍了电压外环和电流内环的双闭环控制策略,深入研究了空间电压矢量脉宽调制方法,并提出了仅用一个坐标转换来计算相关矢量作用时间的简化算法。
②深入研究了电感电容的设计,分析出电感优化取值的设计方法,提出了根据负载突变时有功电流的最大上升速率和直流电压最大下降速率来设计最小电容值。在设计PI调节器时,将系统中整流器延时、反馈通道滤波延时、信号采集延时等小滞后环节考虑进去,提高了PI调节器参数设计的准确性,同时提出了采用三阶最佳设计法设计电压外环PI调节器。
③通过分析对比各种处理器的优缺点以及电力电子仿真的特点,针对目前研究三相SVPWM整流器的仿真缺点以及基于FPGA构建实时电力电子仿真平台的可行性,提出基于VHS-ADC高速信号处理系统构建三相电压型SVPWM整流器高速实时仿真平台。设计了VHS-ADC平台与主电路的通用接口板。通过实验验证了接口板设计的正确性。
④构建了PI、SVPWM、Park变换等离散域电力电子模型,完善了VHS-ADC的软件资源。基于VHS-ADC自顶向下的模型设计流程对三相电压型SVPWM整流器进行仿真研究。采用了三种仿真手段:构建基于传统的MATLAB/Simulink连续域模型并仿真;构建系统离散域模型,将可执行代码下载到仿真系统板卡,进行硬件协同仿真;构建了三相电压型SVPWM整流器实验平台,用仿真系统实现在线算法仿真,与功率主电路协同工作,实现了硬件在回路仿真。三种仿真研究结果相吻合,验证了基于VHS-ADC平台的电力电子仿真可行性和改进算法的正确性,为后期开展用以电磁探测的大功率整流器的样机研制奠定基础,对电力电子仿真技术的发展具有一定的理论意义和实用价值。
