高功率因数vienna整流器控制方法的研究(附件)【字数：9087】
摘 要随着电力电子技术的不断发展与大范围应用，电网中谐波与无功污染越来越严重。二极管不可控的整流器和晶闸管相控整流器等所具有的输入电流畸变、功率因数不高、极易产生电磁干扰等缺点，已经渐渐在发展中被淘汰。为了解决这一问题，研究具有高功率因数和低输入电流谐波畸变率的无污染绿色PWM整流器具有重要的理论意义和应用价值。本文介绍了三相PWM整流器的研究背景及意义，其控制策略的研究现状，分析Vienna整流器的电路拓扑结构，并搭建了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。最后仿真结果验证了控制方法。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 研究现状 2
1.3 本文主要工作 4
第二章 电路结构 6
2.1 整体方案概述 6
2.2 主电路工作原理 6
2.3 等效电路 7
第三章 控制策略分析 10
3.1 电流滞环跟踪控制技术 10
3.2 锁相环控制 11
3.3 直流侧稳压控制 13
3.4 直流侧中点电压平衡控制 13
3.5 控制策略在Vienna整流器中的应用 14
第四章 参数设计 15
4.1 交流侧电感设计 15
4.2 开关管的选用 15
4.3 滤波电容设计 16
4.4 功率二极管的选用 16
第五章 仿真模型搭建 17
5.1 仿真软件 17
5.2 仿真电路 17
5.3 仿真结果 22
结束语 25
致谢 26
参考文献 27
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
电力电子技术的不断发展带来的是电网谐波与无功污染的日益严重，这些不断污染环境的供电方式必须得到改善。人们已经意识到在供电方面需要提高功率因数 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
，用更高效的方法来对电网供电质量进行保护与提升。
整流功能是在电能的基本转换中出现时间最早的一种，整流顾名思义是将交流电变为直流电输出，这种变换又被称为AC/DC变换，这是一种由电源流向负载的功率流向方式。
整流分为半波整流，全波整流，桥式整流等,如图11所示。整流电路都是将不断正负变化的交流电压变为只是单向流动的直流电压。为了达成这种效果，二极管的单相导电性必不可少。
半波整流电路：该电路的输出电压只有半周，所以输出的成分仍然是50Hz的单向脉动性直流电。因为输入的是频率为50Hz的交流电，半波整流电路又去掉了该交流电的一半周期，使其只有一半周期，但是没有改变其中交流成分的频率；全波则和桥式整流电路相同，同时用到了输入的交流电的所有正负两个周期，使频率扩大了一倍，为100Hz，所以这种直流电中的交流成分为100Hz，其中的原理是电路中电压由正极变为了负极，这样使输出的直流电压的频率比原来的输入交流电压提升了一倍，由于频率的提升，滤波电路将更为便利的工作来滤除电路中的谐波[2]。
图11 半波,全波及桥式整流电路
在大功率器件进行相控整流时却遇到了交流侧电网电压畸变；因为整流器输入的电流额定值很大，因此整流器功率因数低；同样会从电网吸取了大量的无功功率，输入功率因数因此变得很低；电流谐波含量高等许多缺点。这些缺点影响了电气设备的正常使用，也使得输电线路的寿命降低了许多。为了解决这些问题，整流电路中开始运用PWM控制技术，以此来改善以上整流过程中出现的缺陷[12]。
PWM整流电路分为两电平整流电路和三电平整流电路两种，三相两电平的PWM电路结构中开关管需要承受的电压过高，而三相三电平PWM整流器中所需承受的电压只有输出电压的一半，且控制更为便捷，人们更多的选择对三电平PWM整流器进行研究。
1.2研究现状
自80年代以来人们就在研究如何提升整流电路的效果，最初被提出的是将中点嵌位逆变器的电路结构运用于整流电路中，如图12所示，虽然达成了不错的效果，不过由于该电路拓扑所使用的器件过多导致价格过于昂贵，且控制方法复杂不易操作，很快被下一代的三电平整流器替代，如图13所示。其电路结构相比于中点嵌位逆变器简单了许多，减少了IGBT的使用，也更易于控制[12]。不过该电路拓扑依然器件较多，价格偏高。直到近几年被提出的三电平Vienna整流器：这是一种新型的PWM整流器，不仅使用的器件大大减少，而且控制方法简单易操作，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，降低电路中的谐波含量，近年来许多控制方法被国内外专家研发出来并运用于整流器上。最常见的有平均电流法；单周期控制法；矢量控制法；滞环电流控制法等等。
前三种控制方法均有不小的劣势，平均电流法虽然开关频率固定，且总谐波的失真很小，但是在电网中其实际电流与参考电流的误差过大，系统的动态响应能力也不理想。单周期控制法相比较而言，其控制电路非常简单，易于实现，成本很低，比平均电流法的系统响应速度要快了很多，有着不错的抗电磁干扰能力，但是在这种控制方法中需要有可以快速复位的积分电路。矢量控制法则需要进行矢量变换来进行误差值的计算，计算量非常大，这造成了对电流的控制不能达成实时性，其动态响应的表现也不佳。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 研究现状 2
1.3 本文主要工作 4
第二章 电路结构 6
2.1 整体方案概述 6
2.2 主电路工作原理 6
2.3 等效电路 7
第三章 控制策略分析 10
3.1 电流滞环跟踪控制技术 10
3.2 锁相环控制 11
3.3 直流侧稳压控制 13
3.4 直流侧中点电压平衡控制 13
3.5 控制策略在Vienna整流器中的应用 14
第四章 参数设计 15
4.1 交流侧电感设计 15
4.2 开关管的选用 15
4.3 滤波电容设计 16
4.4 功率二极管的选用 16
第五章 仿真模型搭建 17
5.1 仿真软件 17
5.2 仿真电路 17
5.3 仿真结果 22
结束语 25
致谢 26
参考文献 27
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
电力电子技术的不断发展带来的是电网谐波与无功污染的日益严重，这些不断污染环境的供电方式必须得到改善。人们已经意识到在供电方面需要提高功率因数 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
，用更高效的方法来对电网供电质量进行保护与提升。
整流功能是在电能的基本转换中出现时间最早的一种，整流顾名思义是将交流电变为直流电输出，这种变换又被称为AC/DC变换，这是一种由电源流向负载的功率流向方式。
整流分为半波整流，全波整流，桥式整流等,如图11所示。整流电路都是将不断正负变化的交流电压变为只是单向流动的直流电压。为了达成这种效果，二极管的单相导电性必不可少。
半波整流电路：该电路的输出电压只有半周，所以输出的成分仍然是50Hz的单向脉动性直流电。因为输入的是频率为50Hz的交流电，半波整流电路又去掉了该交流电的一半周期，使其只有一半周期，但是没有改变其中交流成分的频率；全波则和桥式整流电路相同，同时用到了输入的交流电的所有正负两个周期，使频率扩大了一倍，为100Hz，所以这种直流电中的交流成分为100Hz，其中的原理是电路中电压由正极变为了负极，这样使输出的直流电压的频率比原来的输入交流电压提升了一倍，由于频率的提升，滤波电路将更为便利的工作来滤除电路中的谐波[2]。
图11 半波,全波及桥式整流电路
在大功率器件进行相控整流时却遇到了交流侧电网电压畸变；因为整流器输入的电流额定值很大，因此整流器功率因数低；同样会从电网吸取了大量的无功功率，输入功率因数因此变得很低；电流谐波含量高等许多缺点。这些缺点影响了电气设备的正常使用，也使得输电线路的寿命降低了许多。为了解决这些问题，整流电路中开始运用PWM控制技术，以此来改善以上整流过程中出现的缺陷[12]。
PWM整流电路分为两电平整流电路和三电平整流电路两种，三相两电平的PWM电路结构中开关管需要承受的电压过高，而三相三电平PWM整流器中所需承受的电压只有输出电压的一半，且控制更为便捷，人们更多的选择对三电平PWM整流器进行研究。
1.2研究现状
自80年代以来人们就在研究如何提升整流电路的效果，最初被提出的是将中点嵌位逆变器的电路结构运用于整流电路中，如图12所示，虽然达成了不错的效果，不过由于该电路拓扑所使用的器件过多导致价格过于昂贵，且控制方法复杂不易操作，很快被下一代的三电平整流器替代，如图13所示。其电路结构相比于中点嵌位逆变器简单了许多，减少了IGBT的使用，也更易于控制[12]。不过该电路拓扑依然器件较多，价格偏高。直到近几年被提出的三电平Vienna整流器：这是一种新型的PWM整流器，不仅使用的器件大大减少，而且控制方法简单易操作，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，降低电路中的谐波含量，近年来许多控制方法被国内外专家研发出来并运用于整流器上。最常见的有平均电流法；单周期控制法；矢量控制法；滞环电流控制法等等。
前三种控制方法均有不小的劣势，平均电流法虽然开关频率固定，且总谐波的失真很小，但是在电网中其实际电流与参考电流的误差过大，系统的动态响应能力也不理想。单周期控制法相比较而言，其控制电路非常简单，易于实现，成本很低，比平均电流法的系统响应速度要快了很多，有着不错的抗电磁干扰能力，但是在这种控制方法中需要有可以快速复位的积分电路。矢量控制法则需要进行矢量变换来进行误差值的计算，计算量非常大，这造成了对电流的控制不能达成实时性，其动态响应的表现也不佳。
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