一种降低VIENNA整流器电流过零点畸变的调制方法技术

本发明专利技术涉及一种降低VIENNA整流器电流过零点畸变的调制方法，根据整流器的运行状态分析了VIENNA整流器电流过零点畸变的原理；然后分析了整流器的空间矢量图以及六个电流过零点处的可用矢量和不可用矢量，并弃用不可用矢量，在可用矢量中选择最优调制方法合成偏差最小的参考电压矢量，实现了电流过零点处电流的最小畸变。

【技术实现步骤摘要】
一种降低VIENNA整流器电流过零点畸变的调制方法
本专利技术属于电力电子技术应用领域，尤其是降低VIENNA整流器电流过零点畸变的调制方法领域。
技术介绍
随着现代电力电子技术的迅速发展，电力电子设备应用较为广泛；但是，由于电力电子器件的非线性特性导致大量的谐波和无功功率注入电网，对电网造成了严重的谐波污染，电力系统的电能质量降低。电能质量降低的影响主要有：(1)影响供电系统的稳定运行，供电系统中继电器等敏感性器件会受到高频谐波的干扰而导致误动作；(2)影响电网的质量，高频次谐波电流会使电压畸变，产生同频次的功率，增加线路损耗，浪费电网容量；(3)影响无功补偿设备，无功补偿设备很容易受谐波干扰，大量的谐波的存在，容易造成高压电容过电流和过负荷，使电容异常发热、涨肚、甚至爆炸。另外谐波还会加快电容器绝缘介质的老化，缩短电容的寿命。(4)影响电力变压器的使用，谐波电流的存在会使电力变压器的铜损和铁损增加，降低变压器的工作效率，缩短变压器的使用寿命。(5)影响用电设备，谐波电流的存在会影响精密测量等器件的精度，使异步电动机效率降低，干扰通讯设备等；因此,功率因数校正(PowerFactorCorrection,PFC)电路应运而生；PFC电路主要具备两个功能，第一个功能是保证输入电流相位与电网输入电压相位相同，实现PFC电路单位功率因数运行，第二个功能是保证稳定的直流电压输出，为后级的DC-DC变换器或负载提供稳定的直流电压；目前，研究一种输入电流谐波小、功率因数高的PWM(PulseWidthModulation)功率因数校正电路对减少电网谐波污染具有重要意义。与传统的二极管不控整流和晶闸管相控整流电路相比，三电平PWM整流器可以实现较小的交流侧电压变化率dv/dt和更低的输入电流谐波含量，因而非常适合中、大容量的整流应用场合。其中，三电平维也纳(Vienna)整流器是一种性能优良的三电平PFC拓扑结构，具有功率密度等级高、谐波含量小、耐压等级高、无须考虑死区、开关器件少等优点，因此得到了广泛的应用。同时在能量只需单向流动的场合，三电平VIENNA整流器已成为一种主流拓扑结构；然而，降低三电平VIENNA整流器系统可靠性和安全性的主要问题为三电平VIENNA整流器存在固有的三相电流过零点畸变问题，对电网造成一定的谐波污染，导致功率因数下降；产生此问题的原因是三电平VIENNA整流器拓扑结构具有一定的特殊性，滤波电感上的压降使得电流矢量和参考电压矢量存在一定的相位差，当VIENNA整流器调制度较高且电流过零点时，VIENNA整流器按照固有的调制策略输出参考电压矢量会产生错误的电压矢量，从而导致三相电流波形畸变。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：一种降低VIENNA整流器电流过零点畸变的调制方法，包括如下步骤：步骤1.实时采集电网电压相量Ex、电流相量Ix、整流器最大线电压输出电压的峰值uline,max以及直流侧电压2udc，以计算出整流器桥臂输出参考电压相量和电流相量之间的夹角θ；步骤2.基于所述夹角θ确定出VIENNA整流器的临界调制度mcri，并基于所述最大线电压输出电压的峰值uline,max、直流侧电压2udc，计算出调制度m；步骤3.基于所述临界调制度mcri、调制度m以及预设的VIENNA整流器的畸变区域、约束条件判断整流器桥臂输出电压矢量u是否进入畸变区域，若为是，则进入步骤4；其中，所述畸变趋于、约束条件的设置方式为：根据VIENNA整流器中内管Sx(x＝a,b,c)的状态，及内管Sx及不同的电流ix方向下，计算得出整流器桥臂x相的输出电平Lx；并根据电平Lx确定出VIENNA整流器的畸变区域、约束条件；步骤4.根据所述约束条件选出可用的矢量，并在可用矢量中通过合成偏差最小的参考电压矢量方式实现降低VIENNA整流器电流过零点畸变的调制。作为本专利技术的进一步优化方案，所述步骤一中整流器桥臂输出参考电压相量和电流相量之间的夹角θ满足关系：tanθ＝|ωLsIx|/|Ex|，其中，Ex为电网电压相量、Ix为电流相量。作为本专利技术的进一步优化方案，所述步骤2中的VIENNA整流器的临界调制度mcri：作为本专利技术的进一步优化方案，所述步骤3中的调制度m满足关系为m＝uline,max/2udc。作为本专利技术的进一步优化方案，所述步骤4中输出电平Lx与Sx满足的关系为：Lx＝sign(ix)·Sx。作为本专利技术的进一步优化方案，所述畸变区域：ix>0且ux<0和ix<0且ux>0的区域，VIENNA整流器能正常运行的约束条件：ix>0时，无法输出-1电平；ix<0时，无法输出1电平。作为本专利技术的进一步优化方案，所述步骤5中调制度m与临界调制度mcri之间的关系满足下列关系：当m<mcri时，整流器桥臂输出电压矢量u不会进入畸变区域；当m>mcri时，整流器桥臂输出电压矢量u将进入畸变区域。作为本专利技术的进一步优化方案，所述步骤6中将可用的电压矢量u1作用时间的占空比为d(d∈[0,1])，可用的矢量u2作用时间的占空比为为(1-d)；并将上述的参数带入整流器实际输出电压失真程度的函数F(d)中，即F(d)＝[duα,1+(1-d)uα,2-uα,ref*]2+[uβ,1+(1-d)uβ,2-uβ,ref*]2F(d)函数代表整流器实际输出电压矢量与整流器目标输出电压矢量(即参考电压矢量)之间的偏差；求解F(d)函数的最小值，此时d满足其中uα,1、uα,2、uβ,1和uβ,2均为与udc相关的常数，uα,ref*和uβ,ref*为已知的整流器目标输出电压；参考电压矢量为uref*＝uα,ref*+juβ,ref*，u1＝uα,1+juβ,1和u2＝uα,2+juβ,2。本专利技术的有益效果在于：1)本专利技术采用弃用矢量和选择最优矢量合成的调制方法，没有从根本上改变系统电压和电流的方向，不会明显降低整流器的功率因数；2)此外，无需增加任何外设，系统成本低，控制方法简单，易于实现。附图说明图1为VIENNA整流器的主电路图；图2为VIENNA整流器电压电流的相位关系图；图3为VIENNA整流器的空间矢量图；图4为VIENNA整流器电流过零点不会产生电流畸变的空间矢量图；图5为VIENNA整流器电流过零点会产生电流畸变的空间矢量图；图6为T字型三电平整流器在处理电流过零点时的开关序列；图7为VIENNA整流器无电流过零点处理的开关序列；图8为VIENNA整流器注入共模电压时的开关序列；图9为VIENNA整流器采用本专利技术提出的调制方法时的开关序列；图10为VIENNA整流器在整个电流过零点区域输出电压的畸变量计算图；图11为VIENNA整流器带动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低VIENNA整流器电流过零点畸变的调制方法,其特征在于：包括以下步骤:/n步骤1.实时采集电网电压相量Ex、电流相量Ix、整流器最大线电压输出电压的峰值u

【技术特征摘要】
1.一种降低VIENNA整流器电流过零点畸变的调制方法,其特征在于：包括以下步骤:
步骤1.实时采集电网电压相量Ex、电流相量Ix、整流器最大线电压输出电压的峰值uline,max以及直流侧电压2udc，以计算出整流器桥臂输出参考电压相量和电流相量之间的夹角θ；
步骤2.基于所述夹角θ确定出VIENNA整流器的临界调制度mcri，并基于所述最大线电压输出电压的峰值uline,max、直流侧电压2udc，计算出调制度m；
步骤3.基于所述临界调制度mcri、调制度m以及预设的VIENNA整流器的畸变区域、约束条件判断整流器桥臂输出电压矢量u是否进入畸变区域，若为是，则进入步骤4；
其中，所述畸变趋于、约束条件的设置方式为：根据VIENNA整流器中内管Sx(x＝a,b,c)的状态，及内管Sx及不同的电流ix方向下，计算得出整流器桥臂x相的输出电平Lx；并根据电平Lx确定出VIENNA整流器的畸变区域、约束条件；
步骤4.根据所述约束条件选出可用的矢量，并在可用矢量中通过合成偏差最小的参考电压矢量方式实现降低VIENNA整流器电流过零点畸变的调制。


2.根据权利要求1所述的一种降低VIENNA整流器电流过零点畸变的调制方法,其特征在于：所述步骤1中整流器桥臂输出参考电压相量和电流相量之间的夹角θ满足关系：tanθ＝|ωLsIx|/|Ex|。


3.根据权利要求1所述的一种降低VIENNA整流器电流过零点畸变的调制方法，其特征在于：所述步骤2中的VIENNA整流器的临界调制度mcri为：



所述步骤2中的VIENNA整流器的调制度m用下式表示：
m＝uline,max/2udc。


4.根据权利要求1所述的一种降低VIENNA整流器电流过零点畸变的调制方法，其特征在于：所述步...

【专利技术属性】
技术研发人员：石雷，徐娟，李哲浩，徐鹏飞，吴兰，陈帅兵，房梦婷，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34