【正文】 點(diǎn)受到廣泛的關(guān)注和研究。 而且隨著工業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和人們生活水平的不斷提高，電能供需矛盾日益突出，節(jié)約電量的呼聲日益高漲。直到 20 世紀(jì) 70年代，電力電子裝置在人們的生活中發(fā)揮著越來越重要的作用，由諧波引發(fā)的各種事故也越來越多，人們才注意到電力電子裝置不僅帶來了便利，同時(shí)也帶來了危害。正是由于它的飛速發(fā)展，各類電力電子裝置作為重要的電器設(shè)備廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如：交直流可調(diào)電源、電力供電系統(tǒng)、電氣傳動控制與電化學(xué)生產(chǎn)等，而大多數(shù)的電力電子裝置都是通過變流器與電網(wǎng)相連，傳統(tǒng)的相控變流器因其具有電路結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)成熟、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)現(xiàn)場有著廣泛應(yīng)用。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 關(guān)鍵詞 ：三電平整流 功率因數(shù)校正 MATLAB 仿 真 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ II ABSTRACT With the rapid development of power electronic devices, highprecision highspeed puting chip, realtime simulation and control technology, various types of power electronic devices are widely used in ACDC adjustable power supply, power supply systems, electrical transmission control and electrochemical production etc, but most power electronic devices connected to the grid through the converter, there is always the low power factor and high harmonics problem of the input current. In order to reduce the harm of gridquality by the harmonicinterference, and the accident may resulted form it, the State Bureau of Technical Supervision issued a national standard GB/T 145491993 harmonic power quality utility in March 1994. There are two methods to improve power factor and inhibit power harmonic, one is the installation of a dedicated harmonic pensation devices, the method has brought a corresponding increase problem in the cost 。它不僅要求中間直流環(huán)節(jié)的電壓保持恒定，交流側(cè)功率因數(shù)為 1，還要求盡量減少電流諧波。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ I 摘要 隨著電力電子器件、 高精度高速運(yùn)算芯片 、實(shí)時(shí)仿真 及 控制等技術(shù)的 飛速 發(fā)展 ，各類電力電子裝置正廣泛地應(yīng)用于交直流可調(diào)電源、電力供電系統(tǒng)、電氣傳動控制與電化學(xué)生產(chǎn)等領(lǐng)域，然而大多數(shù)的電力電子裝置都是通過變流器與電網(wǎng)相連，總存在網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)低以及輸入電流諧波成分高的問題。 PWM整流器作為高功率因數(shù)變流器的一個(gè)重要方向，在各種工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域扮演著重要角色。仿真結(jié)果表明，系統(tǒng)的工作情況與理論分析相符合，該系統(tǒng)不僅能使直流電壓在一定范圍內(nèi)可調(diào)，而且使整流器交流側(cè)電流諧波降低，實(shí)現(xiàn)了單位功率因數(shù)運(yùn)行。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織 已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................................. 40 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 1 第一章 緒論 三電平整流器的產(chǎn)生背景 電力電子技術(shù)自 20 世紀(jì) 50 年代誕生以來，經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的飛 速發(fā)展，至今已被廣泛應(yīng)用于需要電能變換的各個(gè)領(lǐng)域。 但是在電力電子設(shè)備大量在人們?nèi)粘Ｉ钪谐霈F(xiàn)之前，諧波危害并沒有明確的表現(xiàn)出來，所以我們對諧波的危害也沒有進(jìn)行過深入的探討。而抑制電力諧波的方法主要有兩種，一種是裝設(shè)專用的諧波補(bǔ)償裝置，該方法相應(yīng)地帶來了成本增加的問題；另一種是采用新型的高功率因數(shù)變流器，這是為廣大用戶所普遍接受的。 針對以上這些問題，本畢業(yè)設(shè)計(jì)研究的電壓型 PWM整流器具有網(wǎng)側(cè)交流電流低諧波、單位功率因數(shù)、直流側(cè)電壓恒定控制以及 能量雙向流動 等優(yōu)點(diǎn)，不僅可以在單位功率因數(shù)下運(yùn)行，還可以進(jìn)行電網(wǎng)無功調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了電能的“綠色變換”，很好的解決了傳統(tǒng)意義上的整流電路中存在諧波含量大、功率因數(shù)低和能量 不能回饋等問 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 2 題，因此也使整流器在各種直流電源、變頻調(diào)速系統(tǒng)、可再生能源并網(wǎng)發(fā)電等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。在拓?fù)浞矫妫倪M(jìn)的主要方向是減少器件數(shù)量，解決電容電壓的不平衡等；在調(diào)制方面，改進(jìn)的主要方向是輸出波形性能的優(yōu)化和 算法的簡化及算法的通用性等。本文所采用的整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就是將其移值到中點(diǎn)箝位式型三電平整流器中。目前， PWM整流技術(shù)已成為解決電網(wǎng)諧波污染、無功功率損耗，節(jié)約能源領(lǐng)域中重要的發(fā)展方向之一，而三電平 PWM技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也從最初的 DCAC變換，如大功率電動機(jī)驅(qū)動；拓展到 ACDC變換，如電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償和 ACDCAC變換，如超導(dǎo)儲能；再到近期的 DCDC變換，如高壓直流變換、多電平 PFC等。 三電平 PWM 整流器的研究方向 三電平 PWM整流器主要應(yīng)用在于中高壓大功率場合，其控制目標(biāo)包括以下三個(gè)方面：第一，控制三相正弦輸入電流的相位與電網(wǎng)電壓的相位相同，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)；第二，控制直流輸出電壓達(dá)到設(shè)定值；第三，控制直流電容電壓平衡。其中， 等人在文獻(xiàn) [38]中 詳細(xì)推導(dǎo)了以每相開關(guān)函數(shù) iS ),( cbai? 作為控制輸入的 abc 和 ??? 坐標(biāo)系下的三電平 PWM整流器開關(guān)模型，該模型清晰的表明了中點(diǎn)電位波動對于整流器輸入電流和輸出電壓動態(tài)性能的影響，但由于該模型中包含開關(guān)函數(shù)的非線性項(xiàng) (平方項(xiàng) )，因此很難由該開關(guān)模型開發(fā)出有效的平均模型用于整體控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)。盡管采用方法（ 1）和方法（ 2）可以減小和抑制中點(diǎn)電位的波動，但是從成 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 4 本和體積的角度考慮有時(shí)是不允許的。首先，本設(shè)計(jì)緒論介紹了課題的產(chǎn)生背景、國內(nèi)外研究概況意義以及目前一段時(shí)間內(nèi)的研究方向；其次，論文詳盡地闡述了 PWM 整流器 的工作原理、控制技術(shù)，并對二極管箝位型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了基本數(shù)學(xué)建模和系統(tǒng)分析，為輸入電流和輸出電壓控制器的設(shè)計(jì)和中點(diǎn)電位平衡控制方法的研究打下基礎(chǔ)；然后，針對單相三電平整流器主電路設(shè)計(jì)，提出了一種解決中點(diǎn)電位平衡問題的方法，并給出了其相應(yīng)的控制原理示意圖；最后進(jìn)行了基于MATLAB/SIMULINK 的仿真，仿真結(jié)果說明了系統(tǒng)的工作情況與理論分析相符合，驗(yàn)證了電壓電流雙閉環(huán) SPWM 控制的正確性和實(shí)用性。 雖然二極管整流器，改善了整流器網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)，但仍會產(chǎn)生網(wǎng)側(cè)諧波電流而“污染”電網(wǎng)；另外二極管整流器的不足之處還在于 其直流電壓的不可控性。由于電能的雙向流動，當(dāng) PWM 整流器從電網(wǎng)吸取電能時(shí)，其運(yùn)行于整流工作狀態(tài)；而當(dāng) PWM 整流器向電網(wǎng)傳輸電能時(shí)，其 運(yùn)行于有源逆變狀態(tài)。為便于理解，以下首先從模型電路闡述 PWM 整流器的基本原理。 當(dāng)不計(jì)功率開關(guān)管橋路損耗時(shí)，由交直流側(cè)功率平衡關(guān)系得 dcdc uiui ??? s （ 21） 式中 su 、 i —— 模型電路交流側(cè)電壓、電流 dcu 、 dci —— 模型電路直流側(cè)電壓、電流 由式（ 21）不難理解：通過模型電路交流側(cè)的控制，就可以控制其直流側(cè)，反之亦然。這樣可從圖 22 分析：當(dāng)以電網(wǎng)電動勢矢量為參考時(shí)，通過控制交流電壓矢量 ?abu 即可實(shí)現(xiàn) PWM 整流器的四象限運(yùn)行。此時(shí) PWM 整流器網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)純電容特性，如圖 22c 所示；當(dāng)電壓矢量 ?abu 端點(diǎn)運(yùn)動至圓軌跡 D 點(diǎn)時(shí)，電流矢量 ?I與電動勢矢量 ?su 平行且反向，此時(shí) PWM 整流器網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)負(fù)阻特性，如圖 22d 所示。 (2) 當(dāng)電壓矢量 v端點(diǎn)在圓軌跡 BC上運(yùn)行時(shí)， PWM整流器運(yùn)行于整流狀態(tài)。此時(shí)， PWM整流器向電網(wǎng)傳輸有功及容性無功功率，電能將從 PWM整流器直流側(cè)傳輸至電網(wǎng)。 顯然，要實(shí)現(xiàn) PWM整流器的四象限運(yùn)行，關(guān)鍵在于網(wǎng)側(cè)電流的控制。開關(guān)狀態(tài)及相應(yīng)的電壓值如表 21 所示。由此可知，在電網(wǎng)電壓一定的情況下， si 的幅值和相位僅由 輸入端電壓基波 ?su 的幅值及其與電網(wǎng)電壓的相位差所決定，改變 ?su 的幅值和相位就可以使 su 和 si 的相位差為所需要的任意角度。圖 25(c)中 ?abU 滯后 ?sU 的相角為 ? ， ?sI 超前 ?sU 90 度，電路向交流電網(wǎng)送出無功功率，這時(shí)四象限交流器相當(dāng)于一個(gè)無功功率發(fā)生器 (SVG)?？梢?，輸出電流同功率一樣也存在一個(gè) 2 倍網(wǎng)頻的脈動分量。 在 PWM 整流器中，輸入濾波電感是一個(gè)關(guān)鍵性的元件， 它是 PWM 整流器升壓的基礎(chǔ)，因而，電感值選取的合適與否直接影響電路的工作性能。假沒電容 C C2上的電壓分別為 1u 、 2u 。即 2211 iuiuiu sAB ????? 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