Vienna整流器單周控制技術(shù)研究

摘要 通過(guò)分析三相三開(kāi)關(guān)三電平(Vienna)整流器的工作原理，研究了該整流器的單周控制策略，并采用電壓外環(huán)和電流內環(huán)的雙閉環(huán)控制，實(shí)現了Vienna整流器的可靠穩定、低諧波畸變特性?；贛atlab仿真平臺，搭建了Vienna整流器的仿真模型，仿真結果表明，基于單周控制方法的8 kW三相PFC整流器，控制結構簡(jiǎn)單，系統可靠穩定，諧波畸變率3％，功率因數可達99％。
關(guān)鍵詞 Vienna整流；單周控制；RS觸發(fā)器；功率因數

二極管整流器在電力電子行業(yè)中得到了廣泛應用，但由于其存在功率因數低并向電網(wǎng)注入了較高的電流諧波等因素，對電網(wǎng)污染嚴重，難以滿(mǎn)足(GB／T14549—93、IEC61000—3—2)等相關(guān)標準的要求。隨著(zhù)對用電設備諧波污染問(wèn)題的日益重視，以及三相大功率裝置在電網(wǎng)中的應用越來(lái)越廣泛，三相大功率因數校正技術(shù)已經(jīng)成為國際國內電力電子及研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題。
Vienna整流器是由Kolar教授于1994年提出的一個(gè)優(yōu)秀的三電平PWM整流器拓撲，其具有所需的開(kāi)關(guān)器件少，單個(gè)功率器件所承受的最大電壓為輸出電壓的一半，無(wú)需設置驅動(dòng)死區時(shí)間，無(wú)輸出電壓橋臂直通問(wèn)題等特點(diǎn)。因而引起國內外學(xué)者對其拓撲結構及控制策略和方法的廣泛關(guān)注。文中通過(guò)分析Vienna整流器的基本工作原理，并針對三相大功率PFC的特點(diǎn)，以及直流母線(xiàn)中點(diǎn)電位平衡的控制、解決了三電平中點(diǎn)平衡問(wèn)題的需要。設計了單周控制技術(shù)整流器控制結構，并通過(guò)采用電壓外環(huán)和電流內環(huán)的雙閉環(huán)控制，進(jìn)一步提高了動(dòng)態(tài)和穩態(tài)性能。最后搭建仿真模型，對單周控制的Vienna整流器進(jìn)行了仿真研究與分析。

1 WIENNA整流器工作原理
Vienna整流器結構如圖1所示，其中交流側的Li為等值平波電感，C1、C2為輸出濾波電容，為高次諧波電流提供低阻抗通路，減少直流電壓紋波。三相中每相都由全控開(kāi)關(guān)管(Sa，Sb和Sc)和4個(gè)二級管組成雙向開(kāi)關(guān)管。通過(guò)控制3個(gè)雙向開(kāi)關(guān)管完成輸入電流和母線(xiàn)電壓的調節、以及母線(xiàn)側兩個(gè)電容的電壓平衡。

其運行原理如下：以橋臂1為例，當開(kāi)關(guān)Sa開(kāi)通時(shí)，整流器的輸入端電壓被鉗位于直流母線(xiàn)中點(diǎn)；當開(kāi)關(guān)Sa關(guān)斷時(shí)，整流器的輸入端電壓為+Vdc／2或-Vdc／2，電壓極性由a相電流的極性決定。因此，橋臂1有3個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)“1”“0”“-1”，整流器的輸入端被分別鉗位于直流母線(xiàn)的正極、中點(diǎn)和負極。其電路方程為