基于微型燃气轮机电力输出的双PWM变流器研究

本文对微型燃气轮机冷热电联产(CCHP)系统的电力输出进行电力变换研究。针对该系统的特点，文中提出了将双PWM变流器系统应用于此系统，即将微型燃气轮机驱动的永磁发电机输出的高频交流电整流为稳定的高质量直流电压，然后再将该直流电直接逆变为工频交流电供负载使用或并网发电。论文首先系统地阐述了三相电压型PWM整流器(简称VSR-Voltage Source Rectifier)的工作原理、数学模型、控制策略、主电路参数设计以及控制系统设计等，并建立了整流系统的仿真模型，然后又搭建了三相PWM逆变器的仿真模型，最后给出了双PWM变流器系统的仿真模型，分析了系统的仿真结果，并证明了该双PWM变流器系统达到了预期的要求。 文中首先对三相VSR进行了研究，并采用SVPWM控制算法的电压定向控制策略，且对SVPWM控制算法进行了深入的分析和详细地推导；然后结合三相VSR和三相PWM逆变器，提出了双PWM变流器系统的控制结构和控制策略；最后用MATLAB7.0对三相VSR，三相PWM逆变器和双PWM变流器系统分别进行了仿真研究。 结合CCHP系统对电力变换的要求，本文对三相VSR采用电流前馈解耦的双闭环控制结构和便于数字实现的空间矢量PWM算法，可以降低整流器交流侧电流的谐波含量，减小直流输出的纹波电压，提高动态响应性能。利用Matlab7.0/Simulink6.0分别对SVPWM算法、整流器闭环控制系统，三相PWM逆变器系统和双PWM变流器系统建立了仿真模型，并进行了相关仿真研究，得到了各电路参数和控制参数与系统性能之间的关系。仿真结果表明，该双PWM变流器系统具有良好的动静态性能，验证了理论分析的正确性，满足了设计要求，为实际工程应用打下了理论基础。