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电力电子整流设备在社会生产生活中得到了广泛应用。三相VIENNA整流器为单向整流三电平拓扑,每相桥臂最少只需一个功率开关、无桥臂死区问题且开关管承受的电压应力只有直流电压的一半,可靠性高、功率密度也较高,在中大功率直流场合得到了广泛应用。然而,VIENNA整流器控制过程中仍有待完善和改进之处。如传统滞环控制方式简单、鲁棒性好,但其无法消除三相间的耦合,VIENNA整流器中很少采用,其优势也无法发挥。基于SVPWM的矢量控制性能良好,但VIENNA整流器的三电平特性导致SVPWM实现过程繁琐。另外,VIENNA整流器的三电平特性决定了其具有直流侧中点电压不平衡问题,在采用控制方法调整中点电压平衡时会对三相电流产生影响,谐波增多、THD增加。同时,单位功率因数整流运行是VIENNA整流器的常态,而在电网电压畸变或受到干扰时三相电压与电流的同步控制会受到较大影响,电流畸变和过冲现象严重。因此,研究提高VIENNA整流器的控制性能、简化控制算法、提高转换效率及拓展应用范围等具有很大意义和价值。本文针对VIENNA整流器的控制策略,主要围绕电流控制策略、中点电压平衡控制及相位检测技术(实现三相电压与电流的同步控制)等方面展开研究。(1)电流控制是VIENNA整流器控制的核心,其对电路运行性能起着决定性作用。VIENNA整流器的常用电流控制策略可实现对电流的有效控制,但也有不足,如:控制精度较低、应用场合受限、控制策略复杂或对数学模型精度要求较高等。结合传统滞环控制实现简单、快速、鲁棒性好的特点并参考SVPWM调制中电压矢量的概念及电压矢量作用时间的计算规则,提出一种基于空间矢量的开关模式滞环控制(Space Vector Switching Pattern Hysteresis Control,SVSP-HC)策略。SVSP-HC的滞环带宽根据系统参数确定,无需重复调整。采用数字控制方式实现时,SVSP-HC的理论电流跟踪误差和数字控制延时引起的附加电流误差之间可部分抵消。通过与其他滞环类控制方法进行仿真和实验对比表明,SVSP-HC能以更小的等效开关频率获得更好的电流控制性能和质量,适合应用于VIENNA整流器的控制中。同时,在其他三电平变流器的控制过程中也具有推广意义。(2)SVSP-HC方法相比于传统滞环类方法具有诸多优势,但其同样是在三相静止abc坐标系下实现,因此也并未在根本上消除三相电流之间的耦合,开关状态选择过程中的冗余状态和相间失调现象依然会偶尔出现。因此,将SVSP-HC在直流同步旋转甸坐标系下进行实现与优化,简称为SVSPdq-HC。SVSPdq-HC利用d轴和q轴之间的解耦方法解除了三相电流之间的耦合关系,消除了相间失调现象。同时,利用相位检测方法获得的相位信息直接判断参考电压矢量所处的扇区位置,然后通过查询开关表的方式选择最优的开关模式。显然,相比于SVSP-HC,SVSPdq-HC增加了坐标变换过程,但其并未影响系统的动态性能。通过将SVSPdq-HC和SVSP-HC进行仿真和实验对比可知,SVSPdq-HC可以以相近甚至略低的等效开关频率获得比SVSP-HC更好的电流控制性能。因此,SVSPdq-HC是对SVSP-HC的提升与优化,具有更好的应用前景。(3)中点电压不平衡问题是VIENNA整流器的固有问题,严重时会导致变流器损坏,给电网带来影响。常用的中点电压控制方法从不同角度出发可达到控制中点电压平衡的目的,但也有不足,如中点电压调整能力弱或对三相电流质量影响大等。根据VIENNA整流器正负小矢量对中点电压的相反作用并结合SVSP-HC方法,提出一种基于优化小矢量选择逻辑的中点电压控制方法。该方法实现简单且对三相电流质量影响很小。通过与常用的零序电压注入法及基于SVPWM调整正负小矢量作用时间的中点电压控制方法进行仿真与实验对比,证明了所提出方法的有效性及优势。因此,基于优化小矢量选择逻辑的中点电压控制方法可广泛应用于包括VIENNA整流器在内的三电平变流器的中点电压平衡控制过程中。(4)准确获得电网电压相位信息是实现VIENNA整流器单位功率因数运行的前提。常用的相位检测方法是基于同步旋转坐标系的锁相环SRF-PLL及在其基础上的各种改进方法,这些方法均在某些性能方面表现优秀,但也有不足,如:算法复杂、系统阶数多及滤波过程延时严重等。因此,为快速准确检测相位,提出一种基于分段线性近似的相位检测(Piece-Linearization Approximation PLL,PLA-PLL)技术。PLA-PLL通过分析三相电网电压瞬时值与其瞬时值绝对值之和之间的比值和相位角之间的对应关系,利用查表计算的方式获得相位信息。同时,通过对相邻两控制周期的相位差进行滤波,避免了直接对相位角进行滤波时滤波器带宽的限制。PLA-PLL优点是稳态性能好、动态响应快、实现过程简单,可广泛应用于包括VIENNA整理器在内的三相系统等需要检测相位信息的场合。综上所述,本文的研究致力于VIENNA整流器的系统控制,研究了其电流控制策略、中点电压平衡控制策略以及三相相位检测技术,提高其整体控制性能。同时,利用搭建的VIENNA整流器实验样机,对所提出的方法进行了实验验证,以期为VIENNA整流器的更广泛推广应用做出贡献。