Vienna整流器单周控制技术研究

摘要 通过分析三相三开关三电平(Vienna)整流器的工作原理，研究了该整流器的单周控制策略，并采用电压外环和电流内环的双闭环控制，实现了Vienna整流器的可靠稳定、低谐波畸变特性。基于Matlab仿真平台，搭建了Vienna整流器的仿真模型，仿真结果表明，基于单周控制方法的8 kW三相PFC整流器，控制结构简单，系统可靠稳定，谐波畸变率3％，功率因数可达99％。
关键词 Vienna整流；单周控制；RS触发器；功率因数

二极管整流器在电力电子行业中得到了广泛应用，但由于其存在功率因数低并向电网注入了较高的电流谐波等因素，对电网污染严重，难以满足(GB／T14549—93、IEC61000—3—2)等相关标准的要求。随着对用电设备谐波污染问题的日益重视，以及三相大功率装置在电网中的应用越来越广泛，三相大功率因数校正技术已经成为国际国内电力电子及研究领域的热点问题。
Vienna整流器是由Kolar教授于1994年提出的一个优秀的三电平PWM整流器拓扑，其具有所需的开关器件少，单个功率器件所承受的最大电压为输出电压的一半，无需设置驱动死区时间，无输出电压桥臂直通问题等特点。因而引起国内外学者对其拓扑结构及控制策略和方法的广泛关注。文中通过分析Vienna整流器的基本工作原理，并针对三相大功率PFC的特点，以及直流母线中点电位平衡的控制、解决了三电平中点平衡问题的需要。设计了单周控制技术整流器控制结构，并通过采用电压外环和电流内环的双闭环控制，进一步提高了动态和稳态性能。最后搭建仿真模型，对单周控制的Vienna整流器进行了仿真研究与分析。

1 WIENNA整流器工作原理
Vienna整流器结构如图1所示，其中交流侧的Li为等值平波电感，C1、C2为输出滤波电容，为高次谐波电流提供低阻抗通路，减少直流电压纹波。三相中每相都由全控开关管(Sa，Sb和Sc)和4个二级管组成双向开关管。通过控制3个双向开关管完成输入电流和母线电压的调节、以及母线侧两个电容的电压平衡。

其运行原理如下：以桥臂1为例，当开关Sa开通时，整流器的输入端电压被钳位于直流母线中点；当开关Sa关断时，整流器的输入端电压为+Vdc／2或-Vdc／2，电压极性由a相电流的极性决定。因此，桥臂1有3个开关状态“1”“0”“-1”，整流器的输入端被分别钳位于直流母线的正极、中点和负极。其电路方程为