VIENNA电路的整流技术研究

随着电力电子技术的发展，特别是功率半导体器件以及控制技术的飞速发展，电力电子装置越来越多地应用于工矿企业，其在提高生产效率和产品质量等方面起着重要作用，成为实现生产自动化的重要基础设备。但是由于其强非线性的特点对电网注入大量的谐波和无功功率，造成严重的电网“污染”。因此研究具有高功率因数PWM整流装置成为电力电子应用领域的一个重大研究课题。而在三相整流器的拓扑结构中，VIENNA整流器作为一种比较典型的三电平拓扑，适合用于高电压，大功率的领域，与传统的两电平结构相比降低了开关管的电压应力和交流侧的谐波含量；与二极管箝位型的三电平结构相比每个桥臂只需要一个开关管，避免了上下桥臂直通的危险，简化了控制环节等特点，得到了广泛的应用。因此从经济和安全的角度考虑，对VIENNA整流器控制技术进行研究具有很大的工程价值。 论文分析了VIENNA整流器的拓扑结构，详细分析了其在一个工频周期中的工作原理，利用状态空间平均法建立了其在三种坐标系中的数学模型及其等效电路。在此基础上利用电流解耦的前馈控制策略建立了电压外环电流内环双环控制结构，最后，通过仿真验证了理论分析。 针对三电平电路固有的缺点，本文提出了一种基于SPWM调制的中点电压平衡控制的平均模型，利用状态空间平均法分析了控制占空比与直流侧中性点电压之间的关系，通过数学推导得到基于中点电压平衡控制的理想零序分量，分析了直流母线的正负电压差值v与零序分量中的偏移控制量d0数学关系。在d-q坐标系中建立了中点平衡控制结构框图，通过对仿真结果的分析验证了课题中提出的控制方案的正确性和可行性：即提出的基于中点平衡控制的SPWM调制算法简单且直流侧中性点电压易于调节。 最后，搭建了基于TMS320F2812的控制单元和主功率平台，用C语音编写了软件程序，实现了基于d-q坐标系的数字化控制，满足系统稳态性能和动态性能的指标要求。