VIENNA整流器输入输出阻抗特性与级联稳定性研究

摘要

VIENNA整流电路具有开关器件少、开关应力低、功率密度大、可靠性高的特点，可广泛用于电动汽车充电机、电力电子变压器、直流供电装置等装置的前级整流器。 分析了VIENNA整流器的工作原理， 建立了基于dq坐标系的VIENNA整流器开环小信号模型和控制系统结构，设计了电流内环与电压外环控制参数， 推导了VIENNA整流器开环输入输出阻抗方程。 导出了VIENNA整流器的闭环输入输出阻抗方程，分析了在输入电压和输出电流变化下整流器闭环拉制系统的输入输出阻抗特性，为多级电力电子模块的级联结构稳定性分析奠定了基础。分析表明，当输出电流越小时，VIENNA整流器与配电网的级联稳定裕度越小，当输入电压越低时，VIENNA整流器与后级DC-DC变换器的级联稳定裕度越小。 考虑到实际配电网的长距离配电或含有用于无功补偿的并联电容器，这将会给电网引入不可忽略的串联电感与并联电容。为此，建立了配电网更为准确的RL/C等效电路模型，分析了等效电感与等效电容参数对VIENNA整流器稳定性的影响。针对系统可能出现不稳定的工况，提出了一种在VIENNA整流器前级加入有源阻抗调节器的稳定性增强控制方法。 基于RT-LAB实时仿真平台搭建了一台7kW的三相VIENNA整流器实时仿真模型，对分析结论和改善方案进行验证。结果表明控制参数选择的合理性，理论分析的正确性和改善方案设计的合理性。

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1 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 整流器研究进展

1.3 交流级联系统稳定性研究进展

1.3.1 稳定性判据研究及优化

1.3.2 影响系统稳定性的主要因素

1.3.3 增添辅助电路提高系统稳定性

1.4 本文主要工作

2 VIENNA整流器小信号建模及控制

2.1 VIENNA整流器的工作原理

2.2 VIENNA整流器的小信号建模

2.3 VIENNA整流器的控制环路设计

2.3.1 电流内环设计

2.3.2 电压外环设计

2.4 VIENNA整流器闭环仿真

2.5 本章小结

3 VIENNA整流器阻抗特性

3.1 VIENNA整流器的输入阻抗特性

3.2 VIENNA整流器的输出阻抗特性

3.3 本章小结

4 配电网对VIENNA整流器稳定性影响

4.1 配电网等效输出阻抗特性

4.2 配电网对VIENNA整流器稳定性影响分析

4.3 稳定性改善方案

4.4 仿真验证

4.4.1 稳定性验证

4.4.2 改善方案验证

4.5 本章小结

5 VIENNA整流器交流系统稳定性验证

5.1 系统参数设计

5.1.1 输入滤波电感设计

5.1.2 输出滤波电容设计

5.1.3 功率MOSFET管的选取

5.1.4 快恢复二极管的选取

5.2 测试结果验证与分析

5.2.1 理想电网下，三相VIENNA整流器输出波形

5.2.2 配电网对VIENNA整流器稳定性影响波形

5.2.3 有源阻抗调节器改善VIENNA整流器稳定性波形

5.3 本章小结

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

在校学习期间发表的论文及获奖情况