整流型负载谐波分析与pwm整流电路的研究
首先本课题由电能质量概念的分析引出谐波问题，对三相桥式整流电路和PWM整流电路进行对比研究，从而使读者认识到PWM整流器研究的迫切性和重要性，在绪论最后提出了本课题主要研究的问题。其次简要介绍了谐波，并提出了基于傅里叶变换的谐波分析，由浅入深研究三相不可控桥式整流电路的谐波，三相四线制桥式整流电路的谐波，在pscad中对其进行仿真，并将计算所得各次谐波与仿真得到的谐波进行比较，得出结论系统中的谐波污染很严重。然后介绍了PWM控制技术三相整流中的工作原理，由浅入深分析了三相PWM 整流器物理工作过程，通过四种工作状态的分析研究，使三相PWM整流器的工作原理清晰地呈现出来，并且建立三相PWM 整流器的高频数学模型，进一步求出其在d q坐标系中的数学模型。综合分析了PWM整流器的各种控制方法和控制策略的基础上，介绍了间接电流控制方法和直接电流控制方法，提出单周控制策略。主要介绍恒定导通时间的单周控制和恒定关断时间的单周控制。最后在MATLAB上实现三相四线PWM整流电路单周控制并分析。关键词PWM整流器，单周控制，三相四线
目录
1 绪论 1
1.1电能质量的分析 1
1.2.整流电路的电能质量概况 2
1.3 PWM整流器研究的意义 2
1.4国内外PWM整流器的研究现状 2
1.5论文研究思路及论文的主要研究工作 4
2 谐波含义和谐波分析 5
2.1 谐波的含义 5
2.2 基于傅里叶级数变换的谐波分析 5
2.3 三相不可控桥式整流电路谐波分析 7
2.4 三相四线制桥式整流电路谐波分析 9
2.5本章小结 10
3 PWM整流原理、数学建模和控制策略研究 11
3.1 PWM整流器工作原理分析 11
3.2 三相PWM整流器的数学模型 13
3.3 三相PWM整流器的控制策略 16
3.4 本章小结 19
4 三相四线PWM整流电路单周控制的控制规律及实现 20
4.1 控制规律分析和实现 20
4.2 三相四线PWM整流器单周控制的仿真 26
4.3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
本章小结 30
结论与展望 31
致 谢 32
参 考 文 献 33
1 绪论
由于电力电子技术技术的高速发展和人们对公用电网谐波问题的关注，PWM整流技术处于高速发展中并且已经成为治理谐波的中坚力量，也推动着电力电子技术的的发展。
1.1电能质量的分析
1.1.1电能质量基本概念的提出
理想的三相交流电力系统应以恒定的频率和正弦波形并且按照规定的电压水平向负荷供电。由于系统规划的不恰当、符合变化的随机性以及其他一些不可预测的各种故障等原因，这样的理想状态的交流系统是不可能存在的，实际运行中存在不同程度的电流波动，波形畸变等问题，由此引出电能质量的概念。
1.1.2电力系统谐波产生的原因
随着电力电子装置不断用于各个领域，其中大量使用的不控整流和相控整流设备对电网谐波污染十分严重[1]，其产生大量的谐波注入电网中造成了相当大的谐波危害，世界各国意识到治理谐波问题迫在眉睫。
电力系统中自带有大量非线性负载，一方面有大量电流流经中线，另一方面是日益增加的非线性负载导致电网谐波污染变得很严重，下面列举几个主要谐波源：
电弧炉装置；
电动机装置；
（3）电力变压器的非线性励磁；
1.1.3谐波产生的危害和抑制
电网中大量非线性负载的接入导致谐波污染问题越来越严重，学术界也越来越关注谐波的危害并致力于寻找解决方法，下面列举了几项谐波在电力系统中的危害：
谐波会使电力系统元件做大量的无用功，严重降低了电力设备的工作效率，大量的无功电流会使线路发热甚至导致火灾；谐波的存在会产生过电压，局部电流过高等等，这些都会影响电力设备的使用寿命；更严重的是，如果发生并联谐振和串联谐振，那么损害会加倍；此外，继电保护装置和通行系统的工作也会受到谐波的干扰。
而解决谐波污染主要途径有两种：（1）采用装设谐波补偿装置的方法，能够抵消各次谐波。（2）提到电力电子装置本身的工艺技术，功率因数等于1。
1.2.整流电路的电能质量概况
AC/DC整流电源广泛应用于工业领域，直流侧的电路会连上电容电感进行滤波，使得到的直流波形比较平滑，现在比较流行的是用传统的晶闸管相控整流或二极管不控整流，直流输出电路上会用电容电感来降低纹底[2]。现在的主流相控整流电路是由传统晶闸管构成的，其中有缺点，比如：
(1) 本身电网提供的电流含有谐波，加上交流输入侧还有非线性负载，导致产生谐波；
(2) 整流器工作于深度相控状态下，交流侧功率因数极低[3]；
(3) 换流导致的电压波形畸变；
(4) 直流侧的输出电压不平滑；
(5) 由相控整流电源构成的直流调速系统动态响应较慢[4]。
1.3 PWM整流器研究的意义
随着电力电子技术的迅猛发展, 大量非线性负载被广泛应用。此类设备在接入电网运行时, 会产生大量的谐波电流。谐波污染使得电能质量下降, 交流侧的电流波形出现严重畸变,以及功率因数的严重恶化。为了消除这种影响，需要寻求一种方法来让变流网侧电流正弦化并且运行于单位功率因数。在这种情况下将PWM技术应运而生，其发展方向是将变流技术与微电子技术和自动控制技术相融合。
1.4国内外PWM整流器的研究现状
随着现代控制理论、微处理器技术以及现代电子技术的发展，PWM 整流器的应用和研究有了突破性进展。在小功率应用方面，PWM 整流器主要用于通讯电源、家用电器等，例如亚斯康公司模块式整流器SMPS系列，功率因数近似为1，而且系统效率在90%以上,还有许多电源公司在引入东芝技术基础上，开发出POWERSTAR系列UPS I输入功率因数大于0.97，电流失真率小于2.5%,稳压精度小于1.5%，功率等级可以做到100 KVA。在中等功率应用方面，PWM整流器主要用于传动领域，即可以实现输入侧高功率因数、减少直流电压波动，又可以使得能量回馈给电网。例如国外富士公司生产的RHC系列双PWM交流传动系统，输入侧功率因数近似为1，可以高效率地进行能量再生ABB公司生产四象限运行的交流调速系统，如ACS611/ACS617(容量在1.5kW1.12MW)。在大功率应用方面，PWM整流器主要应用于灵活交流输电(FACTS)，如有源滤波器(APF)等，以及轻型直流输电(LHVDC)方面。
目录
1 绪论 1
1.1电能质量的分析 1
1.2.整流电路的电能质量概况 2
1.3 PWM整流器研究的意义 2
1.4国内外PWM整流器的研究现状 2
1.5论文研究思路及论文的主要研究工作 4
2 谐波含义和谐波分析 5
2.1 谐波的含义 5
2.2 基于傅里叶级数变换的谐波分析 5
2.3 三相不可控桥式整流电路谐波分析 7
2.4 三相四线制桥式整流电路谐波分析 9
2.5本章小结 10
3 PWM整流原理、数学建模和控制策略研究 11
3.1 PWM整流器工作原理分析 11
3.2 三相PWM整流器的数学模型 13
3.3 三相PWM整流器的控制策略 16
3.4 本章小结 19
4 三相四线PWM整流电路单周控制的控制规律及实现 20
4.1 控制规律分析和实现 20
4.2 三相四线PWM整流器单周控制的仿真 26
4.3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
本章小结 30
结论与展望 31
致 谢 32
参 考 文 献 33
1 绪论
由于电力电子技术技术的高速发展和人们对公用电网谐波问题的关注，PWM整流技术处于高速发展中并且已经成为治理谐波的中坚力量，也推动着电力电子技术的的发展。
1.1电能质量的分析
1.1.1电能质量基本概念的提出
理想的三相交流电力系统应以恒定的频率和正弦波形并且按照规定的电压水平向负荷供电。由于系统规划的不恰当、符合变化的随机性以及其他一些不可预测的各种故障等原因，这样的理想状态的交流系统是不可能存在的，实际运行中存在不同程度的电流波动，波形畸变等问题，由此引出电能质量的概念。
1.1.2电力系统谐波产生的原因
随着电力电子装置不断用于各个领域，其中大量使用的不控整流和相控整流设备对电网谐波污染十分严重[1]，其产生大量的谐波注入电网中造成了相当大的谐波危害，世界各国意识到治理谐波问题迫在眉睫。
电力系统中自带有大量非线性负载，一方面有大量电流流经中线，另一方面是日益增加的非线性负载导致电网谐波污染变得很严重，下面列举几个主要谐波源：
电弧炉装置；
电动机装置；
（3）电力变压器的非线性励磁；
1.1.3谐波产生的危害和抑制
电网中大量非线性负载的接入导致谐波污染问题越来越严重，学术界也越来越关注谐波的危害并致力于寻找解决方法，下面列举了几项谐波在电力系统中的危害：
谐波会使电力系统元件做大量的无用功，严重降低了电力设备的工作效率，大量的无功电流会使线路发热甚至导致火灾；谐波的存在会产生过电压，局部电流过高等等，这些都会影响电力设备的使用寿命；更严重的是，如果发生并联谐振和串联谐振，那么损害会加倍；此外，继电保护装置和通行系统的工作也会受到谐波的干扰。
而解决谐波污染主要途径有两种：（1）采用装设谐波补偿装置的方法，能够抵消各次谐波。（2）提到电力电子装置本身的工艺技术，功率因数等于1。
1.2.整流电路的电能质量概况
AC/DC整流电源广泛应用于工业领域，直流侧的电路会连上电容电感进行滤波，使得到的直流波形比较平滑，现在比较流行的是用传统的晶闸管相控整流或二极管不控整流，直流输出电路上会用电容电感来降低纹底[2]。现在的主流相控整流电路是由传统晶闸管构成的，其中有缺点，比如：
(1) 本身电网提供的电流含有谐波，加上交流输入侧还有非线性负载，导致产生谐波；
(2) 整流器工作于深度相控状态下，交流侧功率因数极低[3]；
(3) 换流导致的电压波形畸变；
(4) 直流侧的输出电压不平滑；
(5) 由相控整流电源构成的直流调速系统动态响应较慢[4]。
1.3 PWM整流器研究的意义
随着电力电子技术的迅猛发展, 大量非线性负载被广泛应用。此类设备在接入电网运行时, 会产生大量的谐波电流。谐波污染使得电能质量下降, 交流侧的电流波形出现严重畸变,以及功率因数的严重恶化。为了消除这种影响，需要寻求一种方法来让变流网侧电流正弦化并且运行于单位功率因数。在这种情况下将PWM技术应运而生，其发展方向是将变流技术与微电子技术和自动控制技术相融合。
1.4国内外PWM整流器的研究现状
随着现代控制理论、微处理器技术以及现代电子技术的发展，PWM 整流器的应用和研究有了突破性进展。在小功率应用方面，PWM 整流器主要用于通讯电源、家用电器等，例如亚斯康公司模块式整流器SMPS系列，功率因数近似为1，而且系统效率在90%以上,还有许多电源公司在引入东芝技术基础上，开发出POWERSTAR系列UPS I输入功率因数大于0.97，电流失真率小于2.5%,稳压精度小于1.5%，功率等级可以做到100 KVA。在中等功率应用方面，PWM整流器主要用于传动领域，即可以实现输入侧高功率因数、减少直流电压波动，又可以使得能量回馈给电网。例如国外富士公司生产的RHC系列双PWM交流传动系统，输入侧功率因数近似为1，可以高效率地进行能量再生ABB公司生产四象限运行的交流调速系统，如ACS611/ACS617(容量在1.5kW1.12MW)。在大功率应用方面，PWM整流器主要应用于灵活交流输电(FACTS)，如有源滤波器(APF)等，以及轻型直流输电(LHVDC)方面。
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