基于LCL滤波的电网不平衡条件下VIENNA整流器控制策略的研究

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VIENNA整流器作为一种三电平boost型的AC/DC变换器,从其拓扑结构与工作特性可知,其相较于传统的三电平整流器,具有功率密度高、无需设置死区、拓扑结构和控制电路简单、输入输出谐波性能优良等优点,故广泛用于工业变频器、航天航空、电动汽车充电桩等领域,VIENNA整流器具有很高的研究意义。然而对VIENNA整流器的研究大多基于电网平衡条件下,当出现电网电压不平衡时,会对VIENNA整流器的正常运行产生不利影响,导致直流侧电压不稳定、产生二次纹波,影响单位功率因数运行,严重时,甚至直接停止工作。因此本文就VIENNA整流器在三相电网电压不平衡情况下的控制方法进行了深入的研究。首先,本文根据VIENNA整流器运行的工作原理,通过公式推导出了在电网电压平衡时和不平衡时的数学模型,为下文介绍LCL滤波器的设计、整流器控制方法的研究打下了基础。其次,介绍了VIENNA整流器通过前馈解耦得到的基于PI控制得双闭环控制方法,该方法在电网电压平衡时能够很好的实现VIENNA整流器的控制,但其在电网三相电压不平衡时,出现直流侧电压二次波动、网侧电流波形较差,谐波大等问题,本文以电网三相电压不平衡VIENNA整流为背景进行了研究,通过推导,提出了一种在αβ坐标系下,首先通过基于双二阶广义积分器的正负序分离方法分离出正负序分量,再采用准PR控制策略跟踪参考电流的控制方法,该方法控制简单且能够较好的抑制直流侧电压二次波动、谐波含量也更少,并对VIENNA整流器的空间矢量调制方法以及根据SVPWM方法采用的中点电位平衡控制方法做了介绍。最后,为了提高VIENNA整流器的功率密度,提出了使用LCL滤波器代替单L滤波器,并介绍了简化的LCL滤波器的参数计算方法。为了验证所讨论的方法,本文利用simulink仿真系统搭建了VIENNA整流器的仿真模型,并建立了基于TMS320D28377的系统实验平台,进行了软件和硬件的调试。通过对仿真模型和实验结果的分析,验证了本文所提出的方法的有效性和可行性。
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