vienna整流器控制方法的研究与实现(附件)【字数：10695】
摘 要随着电力电子设备中整流器的增加，其非线性特性导致严重的谐波污染。 如何有效地控制电力系统谐波，提高电力质量，清理电网环境，成为电力电子技术的热点问题，由谐波源控制的PWM整流器已成为分布强大电子设备的通用整流拓扑。由于大量传统的三相六位开关PWM整流器有器件多，驱动器难以设计等不足。因此本文研究的具有开关电压低，谐波失真低，功率因数低等优点的三相三电平VIENNA整流器拥有良好的实际应用前景。本论文从研究学习VIENNA整流器的工作原理为起始，之后给出了在各个开关状态下的系统运行的状态的介绍，再然后在这个基础上给系统进行了建模的工作，给出了在两个不同的坐标系下，即在 abc自然坐标系和dq旋转坐标系下的数学模型。接下了此论文做了更加进一步的工作，它分析了一种控制算法，即 VIENNA整流器的控制算法，然后我还研究了传统的三电平空间矢量脉宽调制算法还详细说明了这个算法运用于VIENNA整流器中所存在的复杂电流区间判断的问题，之后提出了基于期望电压辅助区间判断的 SVPWM调制方法。我还介绍了三相PWM整流器的研究背景及意义，它的控制策略的研究现状，分析Vienna整流器的电路拓扑结构。在系统设计和控制方法研究的基础上，搭建了Vienna整流器的仿真模型，设计了基于电压平均值外环、电流滞环跟踪控制方案，实现对输出电压的闭环控制，提高交流输入电流的波形质量。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究的背景及意义 1
1.2 研究的现状 2
1.3 主要的工作 4
第二章 VIENNA整流器的原理分析 5
2.1三相三电平VIENNA整流器的工作原理 5
2.2 VIENNA 整流器的数学模型 9
第三章 VIENNA 整流器调制原理 17
3.1传统三电平 SVPWM 调制原理 17
3.2 VIENNA 整流器的 SVPWM 控制算法 18
第四章 参数设计 23
4.1 交流的侧电感设计 23
4.2开关管选用 24
4.3滤波电容设计 24
4.4功率二极管选用 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
24
第五章 仿真及展望 25
5.1 Matlab/Simulink 仿真实现 25
5.2展望 31
结束语 32
致谢 33
参考文献 34
第一章 绪论
1.1研究的背景及意义
由于不断发展的电力电子的技术，生活中的电力系统谐波污染越来越严重。 提高功率因数是提高人们网络供电质量的先决条件。
基本功率转换中的整流功能是最早的功能之一，其含义是将交流功率转换为直流输出功率。这种转换也称为AD / DC转换。这是从电源向电力系统中的负载供电的方法[1]。
如图11所示，整流分为全波整流器，半波整流器和整流整流器。在整流电路中，交流电压不断变化，正负直流电压流动。二极管必须有单向导电性才能达到这个目的。
半波整流电路的输出电压只有半个周期，因此它的输出分量仍为50 Hz,单边脉动。为了消除一半的交流功率，使用了半波整流电路，其仅将交流频率减少 为一半时间。全波桥式整流器的示意图与桥式整流电路相同，因此交流输入电源的正负两个周期可以增加频率至100HZ[2]。
图11 半波,全波及桥式整流电路
当整流元件中的高功率元件的交流电压碰到畸变时，因为输入电流的恒定值很高，整流器的功率很低，大功率因数不能从主电源吸收，输入功率非常低。这些缺点影响电气设备的正常使用，并可能缩短电源线的使用寿命。为了解决这些问题，整流电路的PWM控制技术中，整流过程中的缺陷得到大部分的改善。
PWM整流电路有两电平整流电路和三电平整流电路之分。在三相PWM电路中，电压和开关管的电压非常的高，三相三电平PWM整流器中的电压仅为此一半。目前关于三电平的研究还继续，相信日后会为我们的生活提供更多的便捷。
1.2研究的现状
从20世纪80年代以来，很多学者都在研究怎样才能更好的增加整流电路的使用效果。首先，如图12所示，整流电路中提出的反向变压器的结构在中心点使用，虽然结果良好，但在电路的相位元件中使用得太多，价格太贵。而图13，该方案具有简单的结构，且与中点逆变器相比，更加方便控制[3]。 然而，这种电路拓扑依然有很多不足之处，而且价格非常高。 近几年，有一种三电平VIENNA整流器出现在了市面上：这是一种新型的PWM整流器，其中元件的使用数量被大大减少，如图14所示。
图12 中点嵌位逆变器拓扑
图13 三电平整流器拓扑
图14 Vienna整流器拓扑
为了提高功率因数并减少调谐方案的内容，近年来国际和国内专家已经开发出许多用于整流器的控制方法。 最常用的方法是单周期平均电流控制方法，矢量控制方法和保持环电流控制的方法。
若固定开关频率和平均电流，波形失真的总体差异很小，并且当前参考电网中实际电流的动态误差非常大，系统不是一个理想的回应。由于单周期控制方法，控制电路非常简单且易于实施，并且成本低于平均系统电流的响应速率。要继续进行矢量变换的矢量控制原理必须计算误差值，这个计算量非常大，这导致控制电流没有实时的性能，动态响应也没有好的效果。
滞环电流控制的方法不仅易于管理，而且系统反应迅速，电流小，控制方法之间的协调性很容易实现。 但是，需要为控制方法选择一个合理的组件，这会对负载开关频率的大小，影响系统性能的销售宽度以及计算数学产生重大影响。
1.3主要的工作
VIENNA整流电路主要分析了基本电路和外部回路控制方法的工作原理，对电流跟踪控制电路进行了MATLAB电压电路仿真，在VIENNA整流器的一个电压下，通过仿真软件实现了控制回路。
第一章：首先分析了本论文研究的历史和意义以及电力电子文献。 通过分析电力电子设备的现状和谐波，推广了整流电路的发展，控制方法及其在应用中的缺点；
第二章：详细分析了三相三电平整流器VIENA的运行情况，并对VIENNA整流器自然坐标系的运行状态进行了模态分析。 建立了旋转坐标系统的数学模型，为建立控制算法奠定了基础。
第三章：分析了传统的基础上提出根据期望的辅助电压辅助区间定义的VIENNA整流器SVPWM算法，并且深入研究基于空间矢量的VIENNA整流算法。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究的背景及意义 1
1.2 研究的现状 2
1.3 主要的工作 4
第二章 VIENNA整流器的原理分析 5
2.1三相三电平VIENNA整流器的工作原理 5
2.2 VIENNA 整流器的数学模型 9
第三章 VIENNA 整流器调制原理 17
3.1传统三电平 SVPWM 调制原理 17
3.2 VIENNA 整流器的 SVPWM 控制算法 18
第四章 参数设计 23
4.1 交流的侧电感设计 23
4.2开关管选用 24
4.3滤波电容设计 24
4.4功率二极管选用 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
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第五章 仿真及展望 25
5.1 Matlab/Simulink 仿真实现 25
5.2展望 31
结束语 32
致谢 33
参考文献 34
第一章 绪论
1.1研究的背景及意义
由于不断发展的电力电子的技术，生活中的电力系统谐波污染越来越严重。 提高功率因数是提高人们网络供电质量的先决条件。
基本功率转换中的整流功能是最早的功能之一，其含义是将交流功率转换为直流输出功率。这种转换也称为AD / DC转换。这是从电源向电力系统中的负载供电的方法[1]。
如图11所示，整流分为全波整流器，半波整流器和整流整流器。在整流电路中，交流电压不断变化，正负直流电压流动。二极管必须有单向导电性才能达到这个目的。
半波整流电路的输出电压只有半个周期，因此它的输出分量仍为50 Hz,单边脉动。为了消除一半的交流功率，使用了半波整流电路，其仅将交流频率减少 为一半时间。全波桥式整流器的示意图与桥式整流电路相同，因此交流输入电源的正负两个周期可以增加频率至100HZ[2]。
图11 半波,全波及桥式整流电路
当整流元件中的高功率元件的交流电压碰到畸变时，因为输入电流的恒定值很高，整流器的功率很低，大功率因数不能从主电源吸收，输入功率非常低。这些缺点影响电气设备的正常使用，并可能缩短电源线的使用寿命。为了解决这些问题，整流电路的PWM控制技术中，整流过程中的缺陷得到大部分的改善。
PWM整流电路有两电平整流电路和三电平整流电路之分。在三相PWM电路中，电压和开关管的电压非常的高，三相三电平PWM整流器中的电压仅为此一半。目前关于三电平的研究还继续，相信日后会为我们的生活提供更多的便捷。
1.2研究的现状
从20世纪80年代以来，很多学者都在研究怎样才能更好的增加整流电路的使用效果。首先，如图12所示，整流电路中提出的反向变压器的结构在中心点使用，虽然结果良好，但在电路的相位元件中使用得太多，价格太贵。而图13，该方案具有简单的结构，且与中点逆变器相比，更加方便控制[3]。 然而，这种电路拓扑依然有很多不足之处，而且价格非常高。 近几年，有一种三电平VIENNA整流器出现在了市面上：这是一种新型的PWM整流器，其中元件的使用数量被大大减少，如图14所示。
图12 中点嵌位逆变器拓扑
图13 三电平整流器拓扑
图14 Vienna整流器拓扑
为了提高功率因数并减少调谐方案的内容，近年来国际和国内专家已经开发出许多用于整流器的控制方法。 最常用的方法是单周期平均电流控制方法，矢量控制方法和保持环电流控制的方法。
若固定开关频率和平均电流，波形失真的总体差异很小，并且当前参考电网中实际电流的动态误差非常大，系统不是一个理想的回应。由于单周期控制方法，控制电路非常简单且易于实施，并且成本低于平均系统电流的响应速率。要继续进行矢量变换的矢量控制原理必须计算误差值，这个计算量非常大，这导致控制电流没有实时的性能，动态响应也没有好的效果。
滞环电流控制的方法不仅易于管理，而且系统反应迅速，电流小，控制方法之间的协调性很容易实现。 但是，需要为控制方法选择一个合理的组件，这会对负载开关频率的大小，影响系统性能的销售宽度以及计算数学产生重大影响。
1.3主要的工作
VIENNA整流电路主要分析了基本电路和外部回路控制方法的工作原理，对电流跟踪控制电路进行了MATLAB电压电路仿真，在VIENNA整流器的一个电压下，通过仿真软件实现了控制回路。
第一章：首先分析了本论文研究的历史和意义以及电力电子文献。 通过分析电力电子设备的现状和谐波，推广了整流电路的发展，控制方法及其在应用中的缺点；
第二章：详细分析了三相三电平整流器VIENA的运行情况，并对VIENNA整流器自然坐标系的运行状态进行了模态分析。 建立了旋转坐标系统的数学模型，为建立控制算法奠定了基础。
第三章：分析了传统的基础上提出根据期望的辅助电压辅助区间定义的VIENNA整流器SVPWM算法，并且深入研究基于空间矢量的VIENNA整流算法。
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