【摘 要】
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随着电力电子设备在人类社会生活中的广泛使用,给人们带来巨大经济利益和方便快捷生活方式的同时,也会注入大量谐波和无功功率到电网之中,降低电网电能质量以及电能利用率,给电网造成了严重的负担。因此提高电力电子设备尤其是整流器的功率因数、减小输入电流总谐波畸变率(THD)以及研究在高电压、大功率场合应用的整流器十分必要。三相VIENNA整流器是一种极具发展前景的三电平整流器,与普通整流器比较,其具有高功率
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随着电力电子设备在人类社会生活中的广泛使用,给人们带来巨大经济利益和方便快捷生活方式的同时,也会注入大量谐波和无功功率到电网之中,降低电网电能质量以及电能利用率,给电网造成了严重的负担。因此提高电力电子设备尤其是整流器的功率因数、减小输入电流总谐波畸变率(THD)以及研究在高电压、大功率场合应用的整流器十分必要。三相VIENNA整流器是一种极具发展前景的三电平整流器,与普通整流器比较,其具有高功率因数、电流谐波畸变率小、开关应力低、无需开关管死区设置以及开关器件少等优点,在航空电源、风力发电和电动汽车充电机等领域有逐步替代传统整流器的趋势。本文以三相三电平六开关LCL滤波VIENNA整流器作为研究对象,对其工作原理、数学模型、控制策略以及软启动控制等方面进行了研究。首先介绍了VIENNA整流器的工作原理,简要介绍了LCL滤波器的参数设计;并根据基尔霍夫电流、电压定律分别建立了VIENNA整流器在abc、αβ和dq坐标系下的数学模型,为后续工作奠定基础。然后以建立的数学模型为基础设计了VIENNA整流器的控制策略,电流内环、电压外环的双闭环PI控制策略;其中电流内环用到了电流前馈解耦控制,并分别以典型Ⅰ型系统和典型Ⅱ型系统对电流内环和电压外环的PI控制器进行了参数设计。接着分析了VIENNA整流器的空间矢量调制方式,介绍了VIENNA整流器的四种基本空间矢量以及分析了三电平SVPWM调制简化算法;针对电容中点电位不平衡的问题,提出了一种调整正负小矢量作用时间的方法加以解决;针对VIENNA整流器在启动过程中存在过大冲击电流的问题,提出了一种以晶闸管作为预充电路、缓曲线信号作为直流母线电压给定的两段式启动控制策略以实现整个系统的软启动。最后通过Matlab/Simulink软件建立了系统的仿真模型并在硬件平台上搭建了实验样机,通过软件仿真和实验分析,验证了本文所设计的理论分析和提出控制策略的正确性与可行性。
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