[发明专利]一种宽范围不平衡电网下优化VIENNA整流器输入电流的方法

说明书

本发明公开了一种用于宽范围不平衡电网下优化VIENNA整流器输入电流的方法，属于电力电子变换装置领域。包括以下步骤：通过分析VIENNA整流器的静态工作范围，在静态工作范围内通过调制波区间钳位的方法抑制输入电流畸变；在静态工作范围外，以电网不平衡时三种电流控制目标为基础，引入负序电流控制系数k，将k定义在连续区间内，通过调整k的取值将参考电压约束在静态工作范围内在使用调制波区间钳位抑制输入电流畸变。最后，将生成的调制波通过正弦脉宽调制(SPWM)得到电网不平衡时控制VIENNA整流器开关的脉宽调制波。本发明方法可有效抑制电网不平衡时VIENNA整流器由网侧电流与参考电压相位不一致而引起的电流畸变，提高系统功率因数，降低网侧电流谐波畸变率，同时提高VIENNA整流器的效率。

技术领域

本发明属于电力电子变换装置技术领域，特别是一种宽范围不平衡电网下优化VIENNA整流器输入电流的方法。

背景技术

随着半导体技术和微处理技术的迅猛发展，电力电子技术在近三十年发生了巨大的变化，并越来越广泛地被应用于国民经济的各个领域，其中包括各种高品质电源、柔性交流输电系统(Flexible AC Transmission System，FACTS)、高压直流输电(High VoltageDirect Current)及航空航天等应用领域。同时，这些设备及系统的非线性、冲击性和不平衡性将会导致电网中的电压波形与电流波形发生畸变，从而降低输入电流品质，使设备和系统的效率大大降低。

在1980年的IEEE工业应用(ISA)年会上，日本的A.Nabae提出三电平中点箝位式结构；随后，J.W.Kolar等人于1994年提出了VIENNA整流器结构，其因输入电流正弦化且畸变率低、能够实现单位功率因数运行等优点而引起学界关注与研究。三相三电平VIENNA整流器具有高功率密度、高系统可靠性等方面的优点被广泛应用于航空交流供电系统中。相对于传统的二极管箝位型、飞跨电容箝位型三电平整流器，其拓扑结构更加简单，所需的功率器件较少，无桥臂直通风险无需设置死区时间。因此，在一些大功率，高功率密度的场合，VIENNA整流器是一种非常理想的拓扑。

然而，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，当电流过零点时导致VIENNA整流器输出了错误的电压，使得三相电流波形畸变，对电网造成一定的谐波污染，导致功率因数下降。实际上，对VIENNA整流器输入电流畸变的研究基本上都是假定在电网平衡的单位功率因数条件下，此时电网电压与电流同相位，但实际由于电网电压相位、幅值存在偏移情形，电网往往处于不平衡状态，在此情况下控制目标分为：抑制有功功率二次波动、抑制负序电流和抑制无功功率二次波动三种。这三种控制方式都存在网侧电压与电流有相位差的问题。因为VIENNA整流器拓扑的约束，VIENNA整流器稳定工作状态下的限制条件为：整流器三相参考电压极性必须与相应交流侧输入电流极性保持一致。网侧电压与电流之间的相位差会造成整流器网侧电流发生畸变，严重时，甚至会导致系统无法工作。因此，解决电网不平衡时VIENNA整流器三相电流畸变问题能够减少系统向电网注入的谐波电流。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宽范围不平衡电网下优化VIENNA整流器输入电流的方法，可有效抑制电网不平衡时VIENNA整流器由网侧电流与参考电压相位不一致而引起的电流畸变，降低网侧电流谐波畸变率，同时提高VIENNA整流器的效率。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种宽范围不平衡电网下优化VIENNA整流器输入电流的方法，其特征在于，包括VIENNA整流器、数字处理控制模块和驱动电路，其中数字处理控制模块包括采样单元、电压控制单元、参考电流计算单元、准PR电流控制单元和正弦脉宽调制单元；其中：

(1)采样单元分别采集VIENNA整流器直流侧上下电容电压信号、VIENNA整流器交流侧的三相电压信号、VIENNA整流器交流侧的三相电流信号；

(2)电压控制单元将直流侧上、下电容电压信号处理为有功功率参考信号；