Vienna整流器输入电流畸变与中点电位振荡综合优化调制策略研究

Vienna整流器具有转换效率高、无桥臂直通等优势,在通信电源、电动汽车、风力发电等领域具有广阔的应用前景。然而,Vienna整流器空间矢量调制在扇区切换处由于非理想矢量序列的使用,导致交流侧电流在过零点附近发生畸变。并且当运行在直流侧电压不平衡工况时,将进一步加剧输入电流的畸变。此外,直流侧中点平均电流的波动也将引起中点电位振荡。为了改善输入电流质量,抑制中点电位波动,文中分析电流过零点畸变的原因,通过在改进的钳位区域添加补偿分量,而在非钳位的连续区域添加优化零序分量,提出一种Vienna整流器载波调制优化算法,实现了对交流侧电流畸变与直流侧电压振荡的有效抑制。通过仿真与实验结果验证所提方法的有效性与实用性。     

基于三电平SVPWM调制的Vienna整流器中点电压均衡控制

Vienna整流器的中点电压振荡问题会造成直流侧电容电压分布不均,导致交流侧输入电流波形畸变,开关器件承受电压不一致而损坏等问题。针对Vienna整流器中点电压不平衡的问题,研究了三电平空间矢量调制对Vienna整流器中点电压产生的影响。首先介绍了Vienna整流器的工作原理,然后分析了空间矢量对中点电压的影响,并基于SVPWM调制提出了一种中点电压波动的抑制策略。最后,搭建了15 kW实验样机,验证了所提控制策略的有效性,解决了中点电压不平衡的问题,明显改善了输入电流波形质量。     

一种改善Vienna整流器输入电流品质的载波钳位调制方法

三相三电平Vienna整流器具有输入电流总谐波畸变率(THD)低、功率密度高、单位功率因数等优点,适用于高频三相功率因数校正场合。在器件开关暂态过程中,Vienna整流器的寄生电容和缓冲电路等非线性因素会造成交流侧端电压误差,给输入电流引入低频谐波,从而影响电流品质。为此,本文提出一种改善Vienna整流器输入电流品质的载波钳位调制方法,该方法考虑Vienna整流器电路非线性因素,对开关暂态过程和端电压误差进行分析,在电流过零时将端电压钳位到零电平,且可调节钳位区间大小,有效降低了端电压误差,提高了输入电流品质。通过仿真和实验对所提载波钳位调制方法和常规SPWM方法进行比较,结果表明:所提方法能在宽负载范围下降低输入电流低频谐波分量和总电流畸变率,验证了所提载波钳位调制方法的正确性和可行性。     

适用于双负载模式的Vienna整流器调制方法

在工程应用中，Vienna整流器常处于双负载模式给串联电池组充电以提高效率和降低成本，此时，上、下直流侧的输出电压和功率不再相等，矢量的合成变得非常复杂。文中从载波的角度进行分析，通过注入零序电压实现了上、下直流侧输出功率的解耦和中点电压的主动控制，简化了计算过程。基于Vienna整流器拓扑的输出电平约束和调制约束分析了零序电压的约束条件，并基于上述约束条件给出了不同运行状态下Vienna整流器的上、下直流侧可输出的极限功率，为工程参数设计提供参考。此外，分析了双负载运行状态下Vienna整流器的电流过零畸变问题，提出了抑制电流过零畸变的方法，并直接给出了三相调制电压。实验结果验证了理论分析的正确性和所提方法的优越性。     

电网电压不平衡条件下Vienna整流器控制及电流过零畸变抑制方法EI北大核心CSCD

当电网电压不平衡时,Vienna整流器的直流侧和交流侧将分别出现偶次谐波和奇次谐波,并且电流的过零畸变将会加剧。因此,在电网电压不平衡时,该文建立Vienna整流器在双dq坐标系下的数学模型,计算电流与输出电压之间的夹角,分析基于不同控制目标的2种控制方法及其电流过零畸变,提出一种可以在全调制度范围内最大程度降低电流过零畸变的调制方法,称为垂足近似合成法,所提方法在电网平衡和不平衡时均适用。最后,搭建额定功率为4.6kW的Vienna整流器实验样机,实验结果验证所提方法的可行性和优越性.     

一种基于离散空间矢量调制的Vienna整流器模型预测控制方法

应用于三相整流器的有限控制集—模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)方法以指标函数最小为目标,遍历计算输出单一最优电压矢量,开关频率不固定,输入电流品质依赖较高的采样频率。该文提出一种基于离散空间矢量调制(discretespacevector modulation,DSVM)的Vienna整流器模型预测控制方法。该方法采用由实矢量线性组合而成的虚拟矢量,在一个采样周期内可输出多个实矢量,能固定开关频率;通过引入虚拟矢量,增加预测控制中的可控矢量集,能有效减少参考电压和预测电压之间的误差,从而降低输入电流总谐波畸变率(total harmonics distortion,THD)。该文分析虚拟矢量及其调制方式,给出DSVM-MPC的实现方法。为验证所提DSVMMPC方法的正确性,与常规FCS-MPC方法进行仿真和实验对比分析,结果表明所提方法可提高输入电流品质。     

Vienna整流器简化三电平矢量调制的数字化实现

将简化三电平矢量调制(SVM)应用到三相三线Vienna整流器中,并提出了一种数字化实现方式,简化了数字化实现过程中的算法流程和计算难度。首先介绍了Vienna整流器基于两电平的简化SVM调制的基本原理,说明了三电平SVM与两电平SVM的等效关系;然后提出了一种Vienna整流器简化SVM的数字化实现方式,这种方式将处于其他扇区的目标矢量先经过旋转变换至第Ⅰ扇区再由统一的计算方式得到向量作用时间,并基于两电平矢量调制推导了简化三电平SVM的矢量作用时间计算公式,确定了每个扇区内空间矢量作用顺序以及各相占空比与矢量作用时间的关系;最后,搭建了15 kW三相Vienna整流器的仿真模型和实验平台,使用所提方式实现了Vienna整流器的简化三电平SVM,验证了所提方式的正确性。     

一种低输入电流总谐波畸变率的三相Buck整流器不对称调制策略

传统空间矢量脉宽调制（SVPWM）三相Buck整流器没有考虑直流链电流纹波对输入电流的影响,且在扇区切换点处输入电流存在严重畸变,导致输入电流总谐波畸变率（THD）升高。该文分析直流链电流纹波对三相Buck整流器输入电流的影响,分析输入电流扇区切换点畸变产生的原因,提出一种新型不对称SVPWM策略,显著降低了三相Buck整流器的输入电流THD。最后,通过仿真和1 kW的实验样机验证了理论分析的正确性以及所提调制策略的有效性。     

降低Vienna整流器电流失真的无功补偿方法

Vienna整流器因其高效率和高功率密度而被广泛应用于各种电源设备的前级整流器。然而,该拓扑在整流器网侧电流纹波较大时存在电流过零点附近失真问题。现有的使过零相调制波箝位至零的电流过零失真解决方法不能从本质上消除电流过零失真。此处从矢量调制角度分析了电流失真机理,从电流过零失真问题的本质原因出发,提出无功补偿的方法解决电流过零失真问题,并与调制波箝位方法作对比,仿真与实验验证了所提方法的实用性。     

一种消除VIENNA整流器输入电流过零畸变的SVPWM调制方法

分析了VIENNA整流器在低载波比应用中因电感压降不可忽略导致输入电流在过零点处发生畸变的原因,提出了一种使用输入电流辅助判断SVPWM大扇区的调制策略,以消除输入电流的过零畸变及降低输入电流的THD值;并针对实际工程应用中输入电流采样易受干扰的问题,提出一种软硬件相结合的滤波方法以提高扇区判断的精度。进一步,根据SVPWM电压利用率与调制比的关系,分析了输入电流辅助判断SVPWM大扇区方法的适用条件,得到使用该方法的输出电压边界条件。最后,使用MATLAB搭建了该整流器的仿真模型,并制作了一台1.5kW VIENNA整流器实验样机,仿真与实验均验证了所提出的改进型SVPWM调制方法的可行性,能有效消除输入电流的过零畸变。     

一种高频链矩阵整流器改进调制策略研究

针对高频链矩阵整流器(HFLMR)传统调制策略存在共模干扰强、直流纹波大以及开关管应力高等问题,提出了一种改进电流空间矢量调制策略.该策略重新设计矢量扇区,建立新的占空比计算公式,选择间相邻的有效矢量作为基本矢量合成参考电流矢量.与传统双极性电流空间矢量调制策略相比,该调制策略不仅有效地降低了输出共模电压峰值,抑制了直流电流纹波,而且减小了变换器二极管的电压应力.最后,搭建了一台基于数字信号处理器(DSP)+现场可编程门阵列(FPGA)的样机验证了所提调制策略的正确性和有效性.     

VIENNA整流器中点电压控制策略研究

三相三电平VIENNA整流器因开关管所受电压应力不均及中点电压不平衡导致电流过零畸变，降低系统整体性能。为此，该文从空间矢量角度分析了中点电压不平衡产生的原因及七段式算法中矢量对中点电位的影响，并在传统SVPWM基础上，提出了一种改进的空间矢量调制策略来减小输出电压波动：在同一采样周期内，通过一种调节因子来合理分配正负小矢量的作用时间，进而抵消中矢量，维持电压稳定。此外，还通过分析调节因子与系统调制比间关系来优化算法实现。最后，通过仿真发现该控制策略与传统控制策略相比中点电压波动由±12 V降低至±4 V，证明所提策略的正确性及有效性。     

功率变化环境下的四线制Vienna整流器优化联合控制方法

在传统双闭环比例积分(PI)控制器调节下,功率的变化会造成三相四线制Vienna整流器中交流电流的过零点畸变问题.为克服这一现象,该文首先从电流工作模式,即连续与断续模式角度讨论功率变化对电流波形的影响,基于此提出PI-前馈干预-重复控制的联合控制策略,该联合控制策略中,一方面可通过占空比前馈干预使电流在过零点处不存在畸变问题;另一方面利用重复控制,进一步抑制电流谐波,提高电流跟踪精度.然后对该四线制Vienna整流控制系统进行控制器参数设计和稳定性验证.最后通过仿真和实验结果表明,上述功率变化以及占空比前馈干预对电流波形的影响,并验证了该联合控制方法在功率变化环境下工作的可行性.     

三电平Vienna整流器的一种简化SVPWM算法

结合Vienna整流器的等效电路图,分析该拓扑的工作原理,并给出Vienna整流器的空间矢量分布图。传统的三电平SVPWM算法需要涉及较多的三角函数运算,计算比较复杂。探讨一种基于坐标平移思想,将三电平空间坐标系的矢量调制运算转化到两电平空间坐标系下运算的简化算法,以简化扇区判断和矢量作用时间的计算,有利于编程实现。同时给出中点电位平衡控制策略,来控制上下电容电位。最后搭建了实验样机,样机电流畸变小、母线电压稳定且谐波含量低,验证了简化算法和中点电位平衡控制策略的正确性。     

带中点电位波动的Vienna整流器改进SVPWM策略

为提高直流侧电容值较小时Vienna整流器的输入电流波形质量,此处探究了 Vienna整流器中点电位波动对空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)造成的影响,推导了中点电位波动值与矢量图中小矢量、中矢量和大矢量的误差值之间的关系,并在此基础上提出了一种改进空间电压矢量调制策略.该策略计算出中点电位波动值与消除该矢量误差所需的修正量之间的关系,得到正确的矢量作用时间.最后搭建了 1000 W的Vienna整流器仿真与实验平台进行验证.仿真和实验结果验证了该策略的正确性与有效性.     

Vienna整流器滑模直接功率及中点电位平衡控制策略

根据Vienna整流器的工作原理,建立基于开关函数的功率数学模型,在此基础上设计新型滑模直接功率控制策略,详细推导该控制算法,并给出具体设计过程;另外针对Vienna整流器存在中点电位波动和传统空间矢量调制计算繁琐等问题,提出基于载波调制的等效空间矢量调制算法,通过在载波调制中加入零序分量来等效空间矢量调制策略,同时在零序分量中加入平衡因子来控制中点电位平衡。滑模直接功率算法与等效空间矢量调制技术相结合可以实现开关定频和中点电位平衡,同时降低开关损耗,使Vienna整流器工作在近似单位功率因数下。最后搭建实验平台进行实验验证,结果表明:基于新型滑模直接功率控制策略和等效空间矢量调制算法相结合的Vienna整流器具有较好的鲁棒性和动态性能。     

直流母线电流采样电压空间矢量脉冲宽度调制

针对直流母线采样电机控制系统电压空间矢量脉冲宽度调制问题,分析传统空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)方法的电流采样机理,揭示其在直流母线采样系统中不可观测区域的存在机理,通过定义最小采样时间的概念精确划分出直流母线电流采样不可观测区域,进而通过插入测量矢量和补偿矢量提出直流母线采样电压空间矢量脉冲宽度调制(SSVPWM)方法及其电流重构策略.通过实验验证了所提方法的电流采样误差低于2％、相电流高次谐波含量低于3％、三相电流畸变率低于1.6％,为高性能矢量控制提供了精确的电流测量.     

一种基于空间矢量调制的矩阵变换器死区补偿方法

矩阵变换器的多步换流在换流的每一步之间插入死区时间，所以在换流过程中，输出电压将发生电压损失和畸变，使输出电流谐波含量增高。该文定量分析了矩阵变换器的换流死区效应，并提出了一种基于空间矢量调制的死区补偿方法，通过对有效空间矢量和零矢量进行校正，达到补偿死区效应的目的，实验证明带死区补偿的空间矢量调制方法是有效的。     

用于电动汽车充电的单相PWM整流器调制方式研究

针对用于电动汽车充电的单相电压型PWM整流器,对其单极性调制方式和双极性调制方式进行了对比研究,结合两种调制方式的优点,提出了单极性调制与双极性调制相结合的混合调制方式,解决了单相电压型PWM整流器在单极性调制时过零点附近电流畸变较大和双极性调制时电路开关损耗较大的问题。搭建了实验平台,实验结果证明了混合调制方式的可行性和正确性。     

基于FPGA的三相电流型PWM整流器过调制策略的研究

研究了一种适合于三相电流型PWM整流器(CSR)的过调制方法，该过调制方法是对电流型空间矢量调制(SVPWM)线性调制区的连续扩展。该方法通过判断扇区电流矢量作用时间的长短来选择有效矢量并修正其作用时间，不需要预先存储大量的数据，也不需要复杂的控制算法，具有计算简单，消耗软硬件资源少的特点，非常适合于采用现场可编程门阵列(FPGA)作为控制器来完成数字化实现。采用这种简单的过调制策略可以扩大电流型整流器的直流输出电压范围，进而提高整流器的动态响应能力和满足一些特定负载的要求。仿真和实验研究都表明该设计不仅有满意的动、静态性能，而且在较大的直流电压变化范围内都可以保持单位功率因数和较小的交流输入谐波THD。