基于调制波分解的Vienna整流器的调制方法

Vienna整流器是一种控制简单、可靠性高的升压型整流器，被广泛应用到风能发电系统、航空电源以及新能源电动汽车等领域。由于Vienna整流器结构的特性，传统的调制方法会导致电流过零点畸变。因此，该文从调制波分解的角度分析电流过零点畸变产生的原因，针对现有的调制策略存在的不足，在其基础上进行改进，提出一种在维持直流侧中点电压平衡的情况下，可以最大程度地降低电流畸变的调制方法。该文将Vienna整流器的传统空间矢量调制、具有过零钳位的空间矢量调制与所提调制方法进行了比较，通过实验验证了所提调制方法的可行性和优越性。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于无源与自抗扰的Vienna整流器控制策略研究

为提高整流器抗干扰能力与减少对电网的不良影响,采用T型VIENNA整流器实施直流输出电压、交流输入电流的综合控制。在建立三相T型VIENNA整流器数学模型的基础上,提出非线性虚拟阻尼注入的无源电流控制算法,使输入电流具有跟踪速度快、稳态精度高、谐波畸变率低的特性;采用直流侧电压反馈误差非线性控制的自抗扰算法,实现了在负载扰动和电网电压波动时直流侧电压的快速恢复和稳定输出。该控制策略与典型的电压比例-积分调节(proportional-integral controller,PI)+电流PI或传统无源电流控制策略相比,可使Vienna整流器运行于高功率因数,低谐波畸变率,直流侧输出电压稳定,抗负载、电网电压扰动能力强。仿真与实验结果验证了T型Vienna整流器电压、电流误差非线性控制的无源与自抗扰策略的可行性和有效性。     

基于钳位方式切换的Vienna整流器载波断续脉冲宽度调制策略

当Vienna整流器工作在直流电压不平衡条件下时,传统载波断续脉宽调制(carried-based discontinuous pulse-width modulation,CB-DPWM)会增加输入电流谐波和中点电压波动。为解决上述问题,提出一种基于钳位方式切换的CB-DPWM策略。为了减小输入电流谐波,根据变化的电压矢量对子区域和零序分量进行重新划分和计算。据此,建立统一的CB-DPWM调制波,分析可运行区域,得到直流电压不平衡度和可运行区域成反比的结论。结合中点电流分析不同钳位方式对中点电压大小的影响,并根据直流电压不平衡度的大小实时切换钳位方式,从而有效地减小中点电压波动。通过钳位区域判断和优化开关序列,减少切换钳位方式引入的开关动作,提高了Vienna整流器效率。最后,在Vienna整流器实验平台上验证所提策略的有效性。     

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。     

矩阵整流器开关函数算法与电流空间矢量调制算法的研究

通过理论分析和仿真验证方法，研究了新型降压型矩阵整流器算法应用中的几个关键问题。建立了平衡与不平衡供电条件下矩阵整流器的开关函数算法，证明了平衡供电条件下该算法仍然能够实现MR的四象限能力，也证明了该算法与MR输入电流空间矢量调制(SVM)算法具有本质上的共性，并在详细分析平衡供电条件下电流SVM算法的基础上，给出了适用于3种不平衡供电条件下改进的电流SVM算法，包括波形畸变、幅值不平衡和初相不平衡，并且通过合理安排零矢量的作用区间而设计了一种共模电压抑制方法，使得共模电压降低一半，最后部分提供了基于Simulink7.0的仿真分析结果，验证了理论分析的正确性。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

考虑谐波特性和中点电位平衡的Vienna整流器改进断续脉宽调制策略

Vienna整流器在以高功率密度为设计目标的场合中,应用十分广泛。且Vienna整流器通常运行在较高的开关频率下,因此减小开关损耗,降低装置的发热,十分有必要。断续脉宽调制(DPWM)可以降低开关损耗,本文研究了一种适用于Vienna整流器的具有最大开关损耗降低效果的DPWM方法。为改善DPWM相对于SPWM和SVPWM方法谐波特性较差的缺点,提出了一种适用于Vienna整流器的改善谐波特性的改进DPWM方法。该方法通过对子扇区注入的零序分量进行修正,改善了三相电流的谐波特性。为针对三电平拓扑固有的中点电位不平衡问题,提出了DPWM方法的中点电位平衡控制策略。最后,通过仿真和实验验证了本文提出的调制方法和中点电位平衡控制策略的有效性,对不同调制方法 Vienna整流器的工作效率和电流THD进行了比较。     

基于调制函数模型预测直接功率控制的单相PWM整流器

有限集模型预测直接功率控制（FCS-MP-DPC）算法是利用系统模型来预测下一周期的有功无功功率,通过迭代寻优得到使给定功率与实际功率之间误差最小的电压矢量进行控制,它存在着在线计算量大、开关不固定、谐波畸变率高等问题。基于此,提出一种基于调制函数的模型预测直接功率控制（MP-DPC）算法,该算法是利用整流器输入端电压面积等效的原则,引入调制函数,再根据功率误差最小的评价函数选择最优调制函数,最后结合PWM模块将调制函数转转成开关状态进行控制。与FCS-MP-DPC算法相比,提出的MP-DPC算法有效降低了FCS-MP-DPC逐个迭代寻优的计算量,同时固定了开关频率,降低了电流谐波畸变。最后Matlab/Simulink仿真和半实物实验验证了该算法的正确性。