三相三线VIENNA整流器控制和调制方法的研究

摘要

非线性负载是电力电子系统中重要的组成部分，但是也带来了电网谐波危害加剧的弊端，所以有必要从污染产生的源头上对谐波进行抑制，即功率因数校正技术(PFC)的推广应用。VIENNA整流器作为一种采用PFC技术的三电平拓扑其本身就具有三电平变换器的诸多优点，除此之外它在很大程度上减少了功率器件的使用量，并且由于其功率管特殊的反向串联结构使得每个功率开关承受的电压应力相对较小，驱动信号设计较为简单，在保证较小的功率密度的前提下可以达到较好的控制效果，电流跟踪电压相位能力较强因此功率因数高。本文的主要工作是针对VIENNA整流器的控制以及调制的研宄，并以进一步提升系统效率为切入点研宄了一种新的调制方法并做了仿真和实验验证。 第一，简要介绍了目前功率因数校正技术的发展背景，对几种常见的三相三电平整流器拓扑进行了优缺点的比较分析，确定了VIENNA整流器的优越之处。 第二，对系统的工作特点和工作原理进行分析，并且对系统的输入电流和输出电压分别在三种不同坐标系下做了数学建模工作，这是了解VIENNA整流器系统的第一步也是设计系统控制器的基础。 第三，根据已建立的数学模型分析了系统的两个被控对象模型的构成，即输入电流和输出电压，并据此设计了双环比例积分控制器。同时进行了控制器算法分析、系统达到稳态的条件和PI参数的确定等工作。 第四，研究VIENNA整流器的空间矢量调制和中点平衡问题。对直流侧中点电压进行数学建模并设计控制器，并加入到SVPWM调制的算法中。对三电平SVPWM的简化方法进行了详细分析，并通过调整冗余矢量的作用时间调节直流侧中点电位。 第五，虽然三电平矢量调制的简化方法优点明显，算法较为简单容易实现，但是为了进一步的降低损耗提升效率，提出了一种把五段式断续调制和相电流最大值不开关融合的矢量调制方法。文中详细分析了这两种方法降低损耗的原理，给出了两种策略相结合并同时解决中点不平衡问题的实现方案。最后通过仿真与实验数据证明了方案的可行性。

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