三相高功率因数VIENNA整流电源的研究

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近年来,电力电子装置的应用越来越广泛,给电能的变换及应用带来了许多方便,但同时也给电力系统带来了严重的谐波污染。为此,研究具有高功率因数、低输入电流畸变率的绿色PWM整流装置,已成为现代电力电子应用领域中的一个重大研究课题。三相三电平三开关boost整流器(俗称VIENNA整流器)以其独特的功率因数高,电流谐波低,开关器件少,开关应力低等优点,已成为目前学者关注的对象。基于此,本课题对VIENNA整流器的控制策略进行深入研究,主要内容如下:  首先,对VIENNA整流器的拓扑结构、工作原理进行了详细的分析,并利用状态空间法建立了VIENNA整流器在abc坐标系、dq旋转坐标系下的数学模型。为其控制策略的研究奠定基础。  其次,在假设中点电位平衡(即Vc1=Vc2)的前提下,研究了整流器直接电流控制技术,通过分析对比得知,基于dq旋转坐标系下的直接电流控制技术具有更高的优越性。针对VIENNA整流器d、q轴互相耦合的问题,研究了基于dq旋转坐标系下的前馈解耦控制策略;并对整流器的载波同相层叠与载波反相层叠调制技术进行了研究。  再次,针对VIENNA整流器固有的中点电位不平衡问题,研究了其中点电位平衡算法。在三电平逆变器中点电位平衡算法的基础上,分析了整流器产生中点电位波动的本质原因;分析了基于SVPWM(空间矢量)调制与基于SPWM(正弦脉宽)调制下中点电位不平衡控制算法;并从产生中点电位波动的本质出发,研究了SPWM调制下基于零序电压注入的中点电位平衡算法。  最后,利用仿真软件MATLAB7.0Simulink6.0对系统进行了仿真,验证了文章所研究的基于dq旋转坐标系下的解耦控制、载波层叠调制控制、中点电位平衡控制算法等理论的可行性和正确性;并对整流器的主要参数的选择进行了研究,对系统的软硬件进行了设计。通过仿真结果得出,基于载波同相调制的VIENNA整流器输入功率因数达0.99,电流谐波畸变低低于3.3%,开关器件少,开关管应力低,损耗小;基于零序电压注入的中点电位平衡算法能够将中点电位波动控制在5V之内,有效控制了中点电位波动问题。
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