Vienna整流器單周控制技術研究

摘要 通過分析三相三開關三電平(Vienna)整流器的工作原理，研究了該整流器的單周控制策略，并采用電壓外環(huán)和電流內環(huán)的雙閉環(huán)控制，實現(xiàn)了Vienna整流器的可靠穩(wěn)定、低諧波畸變特性。基于Matlab仿真平臺，搭建了Vienna整流器的仿真模型，仿真結果表明，基于單周控制方法的8 kW三相PFC整流器，控制結構簡單，系統(tǒng)可靠穩(wěn)定，諧波畸變率3％，功率因數(shù)可達99％。
關鍵詞 Vienna整流；單周控制；RS觸發(fā)器；功率因數(shù)

二極管整流器在電力電子行業(yè)中得到了廣泛應用，但由于其存在功率因數(shù)低并向電網(wǎng)注入了較高的電流諧波等因素，對電網(wǎng)污染嚴重，難以滿足(GB／T14549—93、IEC61000—3—2)等相關標準的要求。隨著對用電設備諧波污染問題的日益重視，以及三相大功率裝置在電網(wǎng)中的應用越來越廣泛，三相大功率因數(shù)校正技術已經成為國際國內電力電子及研究領域的熱點問題。
Vienna整流器是由Kolar教授于1994年提出的一個優(yōu)秀的三電平PWM整流器拓撲，其具有所需的開關器件少，單個功率器件所承受的最大電壓為輸出電壓的一半，無需設置驅動死區(qū)時間，無輸出電壓橋臂直通問題等特點。因而引起國內外學者對其拓撲結構及控制策略和方法的廣泛關注。文中通過分析Vienna整流器的基本工作原理，并針對三相大功率PFC的特點，以及直流母線中點電位平衡的控制、解決了三電平中點平衡問題的需要。設計了單周控制技術整流器控制結構，并通過采用電壓外環(huán)和電流內環(huán)的雙閉環(huán)控制，進一步提高了動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。最后搭建仿真模型，對單周控制的Vienna整流器進行了仿真研究與分析。

1 WIENNA整流器工作原理
Vienna整流器結構如圖1所示，其中交流側的Li為等值平波電感，C1、C2為輸出濾波電容，為高次諧波電流提供低阻抗通路，減少直流電壓紋波。三相中每相都由全控開關管(Sa，Sb和Sc)和4個二級管組成雙向開關管。通過控制3個雙向開關管完成輸入電流和母線電壓的調節(jié)、以及母線側兩個電容的電壓平衡。

其運行原理如下：以橋臂1為例，當開關Sa開通時，整流器的輸入端電壓被鉗位于直流母線中點；當開關Sa關斷時，整流器的輸入端電壓為+Vdc／2或-Vdc／2，電壓極性由a相電流的極性決定。因此，橋臂1有3個開關狀態(tài)“1”“0”“-1”，整流器的輸入端被分別鉗位于直流母線的正極、中點和負極。其電路方程為