基于三相PWM整流器的交流系统级联稳定性研究

当今社会化石能源消耗殆尽和全球生态环境的恶化，使得基于风能、太阳能等可再生能源的分布式发电系统得到人们的重视。三相电压型PWM整流器的直流母线电压可控、功率因数可调，被广泛应用于分布式发电系统中。由于电感电流中存在较大成分的开关纹波，需要在其输入侧增加LC滤波器。但是两者级联时系统可能会出现不稳定现象。本文主要研究该级联系统工作的稳定性，并对不稳定系统提出改善稳定性的策略。 论文分析了三相电压型PWM整流器的工作原理及调制策略，建立了同步旋转坐标系(dq)下的小信号模型，推导了开环传递函数模型，并给出了基于电感电流内环和输出电压外环的双闭环控制器的设计。基于三相PWM整流器的电感电流纹波大小及用电设备谐波要求，论文讨论了输入LC滤波器的设计。 论文推导了基于三相PWM整流器的交流级联系统的多输入多输出模型，利用广义奈奎斯特稳定性判据判断系统的稳定性；为了分析级联系统两个子系统的相互影响，论文对输入LC滤波器的输出阻抗矩阵和三相PWM整器的输入阻抗矩阵进行了简化，并得出可以根据化简后两个矩阵特征值的的幅频曲线是否交截、交截段相位是否大于180o来判断系统的稳定性；据此分析了该交流级联系统的稳定的基本条件，并对输入LC滤波器的参数取值区间划分了级联系统稳定和不稳定区域。 对于不稳定系统，论文提出了改善了级联系统的稳定性的控制策略，即三相PWM整流器的输入阻抗调节器，对其进行设计并分析了给电路带来的影响。 论文设计了一台功率为6.5kW，输出电压700V的三相电压型PWM整流器，完成了原理样机，并对上述稳定性分析分别进行了实验验证。