[发明专利]一种四线制VIENNA整流器的控制系统、控制器及设计方法

说明书

本发明公开一种四线制VIENNA整流器的控制系统、控制器及设计方法，所述控制系统包括电压差环计算模块、电压和环计算模块、正负半周判断模块、电流环、前馈控制模块和脉冲信号产生模块，正负半周判断模块的输入端接电压差环计算模块和电压和环计算模块的输出端，正负半周判断模块的输出端接电流环的输入端，电流环的输出端与前馈控制模块的输入端相加后，接脉冲信号产生模块的输入端。本发明控制系统，有效降低非线性电感带来的谐波增大问题，控制灵活，设计合理，基于本发明控制系统的控制器，控制成本低，控制效果好。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体是一种四线制VIENNA整流器的控制系统、控制器及设计方法。

背景技术

与传统的两电平拓扑相比，VIENNA整流器具有功率密度高、无需考虑死区、开关应力低等特点，被广泛应用于电池储能、微电网、航空电源、风力发电等领域。对于VIENNA整流器研究大多局限于三相三线制，三相四线制VIENNA整流器在原有的基础上增加了一条中线来进行三相的物理解耦，由于零序通路的存在，三相四线制VIENNA整流器在建模分析时无法忽略零序电流，系统会引入3次谐波电流，使得电流畸变率增大。磁粉芯电感也会对电流波形产生一定的影响。为了建模的方便，大部分工作均假设电感为线性电感，在实际工作中并非如此。因此，在建立变换器系统模型时需要考虑电感的非线性特性。

磁粉芯的气隙不同于传统的集中气隙留空，它的气隙均匀分布在材料各处，具有非线性。电感的非线性也会带来不同电流下电感值的变化，对电感滤波能力也会产生一定影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种四线制VIENNA整流器的控制系统、控制器及设计方法，增加了电压差环计算模块、电压和环计算模块、正负半周判断模块、电流环、前馈控制模块和脉冲信号产生模块，对整流器进行控制，控制灵活，设计合理，控制成本低，有效降低非线性电感带来的谐波增大问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种四线制VIENNA整流器的控制系统，所述控制系统包括电压差环计算模块、电压和环计算模块、正负半周判断模块、电流环、前馈控制模块和脉冲信号产生模块。

所述电流环内设有控制器，控制器为变参数PI控制器，脉冲信号产生模块内设有SPWM模块，前馈控制模块内设有占空比前馈。

所述电压差环计算模块与电压和环计算模块并联连接合成总电压环模块，总电压环模块、正负半周判断模块、电流环依次顺序连接后，与前馈控制模块相加，再和脉冲信号产生模块相连。

所述正负半周判断模块的输入端接电压差环计算模块和电压和环计算模块的输出端，正负半周判断模块的输出端接电流环的输入端，电流环的输出端与前馈控制模块的输入端相加后接脉冲信号产生模块的输入端。

进一步的，所述控制系统包括采集输入侧的相电压和相电流u_a、u_b、u_c、i_a、i_b、i_c，输出侧上下电容上的电压u_p、u_n，计算输出侧的总电压u_o＝u_p+u_n。

进一步的，所述控制系统包括根据三相四线制VIENNA整流器存在自动物理解耦的功能，对三相四线制VIENNA整流器的控制，即分别对A、B、C三相的控制，且A、B、C三相的控制策略完全相同。

进一步的，所述控制系统包括通过输出电压设定值和输出侧的总电压作差后，经过PI控制器运算得到电压和环的输出值。

将输出侧上下两个电容上的电压u_p、u_n通过作差后，经过PI控制器运算得到电压差环的输出值。