[发明专利]一种适用于VIENNA整流器的中点电位平衡控制方法

说明书

本发明公开了一种适用于VIENNA整流器的中点电位平衡控制方法，通过分析VIENNA整流器工作原理以及空间矢量调制原理分析载波移相调制过程，确定中点电位不平衡原因，最后根据面积等效原理通过高频PWM异或控制脉冲实现分解冗余和非冗余矢量成分，并设立中点电位补偿系数D调节分解比例保证中点电位平衡，实现VIENNA整流器中点电位平衡控制。本发明不仅平抑中点电位波动、稳定直流侧输出电压还降低了网侧电流畸变且原理简明易于实现。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种适用于VIENNA整流器的中点电位平衡控制方法。

背景技术

非线性元件对电网注入了大量的谐波，严重的电流畸变可导致设备故障甚至系统崩溃，因此具有功率因数校正功能的整流器被广泛应用于电力电子设备。随着对高电能质量和功率密度整流器的迫切需求，近年三电平VIENNA整流器已成为国内外研究热点，其不仅可实现输入单位功率因数校正，具有谐波小、开关损耗低和电磁干扰小等优点，且电路结构简单、开关数目少和无桥臂直通问题。本质上VIENNA整流器属于T型三电平变换器，而中点电位不平衡是三电平结构的固有问题。中点电位振荡不仅会增加直流侧电容与半导体器件的应力，导致直流侧电容过设计，增加变换器成本，而且会降低电容寿命和运行可靠性。尤其是在直流母线容值较小或功率大等情况时，中点电位振荡引发直流侧低频谐波，影响用电质量。近年来电动汽车飞速发展，人们对高电能质量和高功率密度整流器的需求越来越迫切，VIENNA整流器因为具有开关损耗低、电磁干扰小、可实现输入单位功率因数校正等优点成为国内外研究热点。

针对VIENNA整流器中点电位振荡问题，目前国内外学者已提出一些平抑方法，现有通过设置虚拟矢量分解中矢量以实现中点电位平衡。或在3-2电平简化空间矢量调制(SVPWM)的基础上通过注入零序分量实现中点电位平衡。但是基于SVPWM的调制方式需要大量查表和三角函数计算实现过程十分复杂。也有通过单周期控制实现VIENNA整流器的控制与中点电位振荡抑制，但所采用的单周控制芯片和分立元件增加了电路调整难度。通过滞环电流控制方法实现中点电位平衡，然而系统开关频率不断变动影响控制效果且各相电流之间相互影响。

载波移相技术具有控制灵活、易于实现、原理简单等优点，其广泛应用于多种电平变换器的调制应用，但传统载波移相技术存在中点电位抑制效果差、输入侧电流谐波含量高等问题，且对于VIENNA整流器的控制鲜有研究。

针对VIENNA整流器中点电位振荡问题，国内外学者已提出一些平抑方法，但是基于SVPWM的调制方式需要大量查表和三角函数计算实现过程十分复杂。通过单周期控制实现VIENNA整流器的控制与中点振荡抑制。但所采的单周控制芯片和分立元件增加了电路调整的难度。或者通过滞环电流控制方法实现中点电位平衡。然而系统开关频率不断变动影响控制效果且各相电流之间相互影响。通过载波移相技术调制并在电流控制环上叠加中点电位偏差实现中点电位抑制。然而中点电位抑制效果差、输入侧电流谐波含量高。

发明内容

本发明根据现有技术的不足与缺陷，提出了一种适用于VIENNA整流器的中点电位平衡控制方法，目的在于保证整流器运行时中点电位平衡，并稳定了直流侧输出电压、降低了网侧电流畸变。

本发明所采用的具体步骤如下：

步骤1，根据三相输入电流i_a、i_b和i_c获得对应的三相调制波；

步骤2，将三相调制波与三角移相载波比较，获得8脉波控制脉冲，

步骤3，将8脉波控制脉冲分成冗余矢量、非冗余矢量和剩余控制脉冲；

步骤4，将高频PWM脉冲分别与冗余矢量、非冗余矢量进行异或，消除冗余矢量、非冗余矢量对中点电位不平衡的影响，

步骤5，将剩余控制脉冲、异或处理后的冗余矢量以及异或处理后的非冗余矢量求和，获得14脉波控制脉冲，