[发明专利]一种带中点电位平衡控制的VIENNA整流器双闭环控制

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种VIENNA整流器，尤其涉及一种带中点电位平衡控制的VIENNA整流器双闭环控制。

背景技术

VIENNA整流器是一种两象限中点箝位式三电平PWM整流器拓扑。VIENNA整流器具有功率因数高，输入电流THD低，开关器件少，开关应力低，无开关死区问题，可靠性高等优点，特别适用于能量单向流动的中大功率场合，该变换器控制是核心，对该整流器控制问题展开研究具有重要的理论意义和工程价值。

VIENNA 整流器输入相电压为三电平，同传统三电平整流器拓扑一样存在中点波动问题，中点电位波动会带来偶次谐波，增大电容及功率器件电压应力。将双闭环控制应用于VIENNA 整流器，但采用的SVPWM 复杂，计算量大。电压定向电流解耦闭环控制因其控制性能优越、响应快速、简单易行而广泛运用于PWM 整流器等功率因数校正电路。

常见的方法，如基于随机开关频率的传统滞环电流控制方法和定频平均电流控制方法，但均未进行有效的中点平衡控制，存在中点波动问题。

发明内容

为了克服双闭环控制VIENNA整流器时，SVPWM复杂且计算量大的难题，本发明提出一种带中点电位平衡控制的VIENNA整流器双闭环控制。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明将闭环控制策略拓展至VIENNA整流器中，并针对中点波动问题，通过调节直流偏移量实现直流侧中点电压平衡控制，并发明了一种基于两电平空间矢量平面的三电平SVPWM 控制方法。

一种带中点电位平衡控制的VIENNA整流器双闭环控制，包括电路拓扑、三电平SVPWM控制方法、双闭环控制和直流侧中点电压平衡控制四个部分。

所述电路拓扑由三相不控整流桥及3个连接于整流器输入点及直流母线电容中点的3个双向开关构成。

所述三电平SVPWM控制方法包括19个不同的电压矢量。

所述双闭环控制包括解耦控制、电流PI内环调节和电压PI外环调节三个部分。

所述直流侧中点电压平衡控制通过闭环调节合理分配不同类型小矢量的作用时间，控制中点电压。

本发明的有益效果是：将该闭环控制策略拓展至VIENNA 整流器中，并针对上述中点波动问题，通过调节直流偏移量实现直流侧中点电压平衡控制，在确保VIENNA整流器具有优异网侧性能的同时，具有良好的动静态性能和中点电压平衡特性。同时具有功率因数高，输入电流THD 低，开关器件少，开关应力低，无开关死区问题，可靠性高等优点。

附图说明

图1 VIENNA整流器主电路拓扑。

图2 桥臂状态矢量图。

图3 VIENNA整流器控制。

具体实施方案

图1中，三相不控整流桥及3个连接于整流器输入点及直流母线电容中点的3个双向开关构成，Sa、Sb、Sc表示3个开关的状态，0为开，1为合，，其每个开关管承受的最大电压是输出母线电压的一半，因此可以采用低耐压器件用于高功率场合。由图1得VIENNA交流侧电压平衡方程：

为电网电压；为升压电感；为电感电流；为电容中性点到电网中性点电压；为整流器输入相电压。

以a相为例，当开关Sa开通时，整流器a相输入端被箝位在直流侧中点O；当开关Sa关断时，整流器a相输入端电压为，电压正负由a相电流极性决定，得到各相相电压为三电平。

图2中，把三电平VIENNA 整流器空间矢量分解为6个两电平矢量，各扇区小矢量为对应两电平区域中心矢量。

图3中，电压定向电流解耦双闭环控制为提高电流控制的性能，引入id、iq分量的解耦控制，且id、iq电流环分别采用一个PI调节器进行控制，由此得到dg/* MERGEFORMAT 坐标系下电流解耦控制框图。解耦算法可实现id、iq无静差控制。

系统的有功电流指令值为电压外环PI 调节器的输出值，与流过负载的电流成正比。

电容中点的不对称通常由直流电流和低频交流分量造成。VIENNA 整流器SVPWM 调制策略下的中点平衡控制可以通过调整P、N 小矢量的作用时间来实现。由于成对的P、N 小矢量对中点电位的影响正好相反，所以通过闭环调节合理分配不同类型小矢量的作用时间，可以控制中点电压。