基于模糊控制的三相三电平Vienna PFC的研究

为了使直流充电桩的前级PFC有更高的功率因数,根据三相三电平Vienna PFC设计了一种作用于电压外环的模糊自整定PI控制器,根据三电平Vienna PFC dq坐标系下的数学模型、三电平空间电压矢量调制方法以及电流环的前馈解耦策略,在MATLAB/Simulink中建立了仿真模型,并进行仿真分析.仿真结果表明三相三电平Vienna PFC的功率因数接近1,有利于电网的电能质量改善.

单周期控制的三相三电平VIENNA整流器输出中点电位分析及控制方法研究

三相三电平VIENNA整流器作为三电平Boost型中点箝位(neutral point clamped,NPC)结构变换器一种,具有电路结构简单、开关电压应力小、输入电流谐波含量低、可实现输入单位功率因数校正等优点,适合应用于高压中大功率场合。同时,三相功率因数校正(power factor correction,PFC)整流器的单周期控制方案因其控制简单,无需乘法器及采用输入电压受到广泛研究。输出中点电位波动是NPC结构变换器的一个固有问题,以基于单周期控制的三相三电平VIENNA整流器为研究对象,详细地分析整流器输出中点电位波动机理,根据单周期控制方案的特点,提出在三相输入电流采样中注入三次谐波电流分量,同时分析三次谐波电流注入后对整流器输出中点电位的影响,给出三次谐波电流最佳注入系数。在此基础之上,向传统单周期控制系统中继续引入均压环路,使得最终改进后的三相三电平VIENNA整流器单周期控制系统一方面可以提高整流器直流母线电压利用率,另一方面可以有效抑制中点电位的直流和交流波动。仿真与实验验证了所提出的改进单周期控制策略对于整流器输出中点电位平衡控制的有效性。

混合导通模式三相三电平VIENNA整流器控制策略

对三相三电平VIENNA型整流器进行物理解耦,进而分析单相三电平整流电路分别在连续和断续导通模式下的数学模型,针对该拓扑结构提出了一种适合用于混合导通模式的前馈控制策略。定参数电流环仅适用于一个电流工作模式,出现混合导通模式时,其控制效果很差。而在电流控制环中引入前馈,将理论上想要的占空比叠加在原电流环的输出端,新的控制环便能适应不同电流工作模式,从而大大降低电流总谐波失真度(THDi)。最后通过5kW三相实验样机,验证了该控制策略的可行性和有效性,在混合导通模式满载时的功率因数(PF)接近于1。

新型三电平单向混合整流器电流控制策略分析

在能量优化中,调整功率配比需要混合整流器中并联的整流器精确控制输入电流波形。针对新型三电平单向混合整流器中并联的三电平单向整流器数学模型,提出在d-q坐标系下采用符合调制比约束的变比例控制算法,电流跟踪精度优于传统PI控制。针对该新型混合整流器并联的三相单开关Boost整流器电流连续模式下的数学模型,采用单周期电流脉动脉冲宽度调制控制算法,可在一个采样周期内补偿电流误差。仿真实验表明,该电流控制策略适用于不同的非正弦周期性电流波形,方法简单,跟踪快速,实现了混合整流器运行于高功率因数、低谐波畸变率、功率配比可调整的特性,从而证明了控制策略的有效性和正确性。

三相三电平三开关VIENNA整流器设计与实现

与传统的两电平变换器相比,多电平变换器输出电平数增加,输出波形阶梯增多,更加接近目标调制波。分析了三相三电平三开关VIENNA整流器的工作原理,介绍了电路的实现方法,给出了主电路及采样电路的设计。搭建了一个800 W的实验平台,利用TMS320F2812 DSP来实现控制算法。实验结果表明,所设计的电路能满足预定的要求,在工业控制中应用前景广阔。

三相三电平VIENNA整流器中点电位波动混合抑制方法

针对三相三电平VIENNA整流器中点电位波动问题,建立了中点电流的数学模型,分析了中点波动形式、并结合中点电流数学模型分析了中点电位波动的根本原因,针对传统固定调节因子法抑制中点电位波动效果较差的缺点,提出了一种结合动态调节因子与电容偏差调节的混合抑制方法,给出了6扇区下偏差调节量和动态调节因子表达式,然后通过查表法将6扇区对应动态调节量注入到调制波中,实现了中点电位尤其三次基频波动的自动抑制,进一步修正后的混合抑制法还可有效抑制电容参数和负载不对称导致的中点大幅度波动,实验结果验证了策略的可行性和有效性。

基于三电平SVPWM调制的Vienna整流器中点电压均衡控制

Vienna整流器的中点电压振荡问题会造成直流侧电容电压分布不均,导致交流侧输入电流波形畸变,开关器件承受电压不一致而损坏等问题。针对Vienna整流器中点电压不平衡的问题,研究了三电平空间矢量调制对Vienna整流器中点电压产生的影响。首先介绍了Vienna整流器的工作原理,然后分析了空间矢量对中点电压的影响,并基于SVPWM调制提出了一种中点电压波动的抑制策略。最后,搭建了15 kW实验样机,验证了所提控制策略的有效性,解决了中点电压不平衡的问题,明显改善了输入电流波形质量。

Vienna整流器简化三电平矢量调制的数字化实现

将简化三电平矢量调制(SVM)应用到三相三线Vienna整流器中,并提出了一种数字化实现方式,简化了数字化实现过程中的算法流程和计算难度。首先介绍了Vienna整流器基于两电平的简化SVM调制的基本原理,说明了三电平SVM与两电平SVM的等效关系;然后提出了一种Vienna整流器简化SVM的数字化实现方式,这种方式将处于其他扇区的目标矢量先经过旋转变换至第Ⅰ扇区再由统一的计算方式得到向量作用时间,并基于两电平矢量调制推导了简化三电平SVM的矢量作用时间计算公式,确定了每个扇区内空间矢量作用顺序以及各相占空比与矢量作用时间的关系;最后,搭建了15 kW三相Vienna整流器的仿真模型和实验平台,使用所提方式实现了Vienna整流器的简化三电平SVM,验证了所提方式的正确性。

三相三电平PFC(VIENNA)控制策略研究

分析了三相三电平(VIENNA)拓扑PFC的基本工作原理,讨论了控制策略,对负序电压分量进行了剔除以优化三相电压不平衡下的控制结果。运用Matlab/Simulink对控制策略进行了建模仿真,并以TMS320F28069为控制器核心设计了实验样机,样机功率因数达到了0.995,网侧电流THD低于5%,整机效率达到97%。

基于动态调整小矢量选择方式的三电平变换器中点电压平衡控制

直流侧中点电压不平衡是三电平变换器中的常见问题之一,中点电压不平衡将导致直流侧两个串联均压电容和桥臂功率开关的电压应力不均衡,甚至会造成二者过压损坏;同时也会使得交流电流中谐波成分增加、总谐波畸变率增大。传统中点电压平衡控制方法的控制策略复杂,动态响应速度慢,影响了三电平变换器在对直流侧中点电压平衡度要求高的场合的应用,本文以三相VIENNA电路为例,对该问题展开研究,通过分析VIENNA电路中小矢量对中点电压波动的作用与影响,提出了一种基于动态调整小矢量选择方式的控制策略。通过判断中点电压的波动情况动态选择不同的小矢量对电路进行作用,完成对中点电压的实时调整和控制。最后,利用仿真和硬件平台,把所提出的方法与传统的零序电压注入法做了比较分析和验证,验证了该方法的可行性和具有的优势。

基于降阶模型的三相Vienna整流器交流级联稳定性分析

以三相Vienna整流器交流级联稳定性为研究对象,给出了dq坐标系下三相交流系统小信号简化稳定性判据,构建了面向级联系统小信号稳定性分析的Vienna整流器阻抗方程;提出并采用一种虚拟阻抗方法,有效改善了Vienna交流级联系统小信号稳定性;构建了完整的仿真与实验模型,给出了详细的理论分析与虚拟阻抗设计方案,结果表明了所提阻抗与小信号稳定性分析的正确性。

VIENNA整流器中点电压控制策略研究

三相三电平VIENNA整流器因开关管所受电压应力不均及中点电压不平衡导致电流过零畸变,降低系统整体性能。为此,该文从空间矢量角度分析了中点电压不平衡产生的原因及七段式算法中矢量对中点电位的影响,并在传统SVPWM基础上,提出了一种改进的空间矢量调制策略来减小输出电压波动:在同一采样周期内,通过一种调节因子来合理分配正负小矢量的作用时间,进而抵消中矢量,维持电压稳定。此外,还通过分析调节因子与系统调制比间关系来优化算法实现。最后,通过仿真发现该控制策略与传统控制策略相比中点电压波动由±12 V降低至±4 V,证明所提策略的正确性及有效性。

基于PLECS的三相VIENNA型PFC电源的仿真设计

三相三电平VIENNA拓扑是三相功率因数校正(PFC)结构形式的一种,因其具有结构简单、输入谐波电流含量低、可实现单位因数功率校正、开关管无直通风险和电压应力小等特点,广泛应用于新能源充电桩领域、通信电源、大功率整流电源场合。PLECS是专门针对电力电子与电力传动的仿真软件,其支持功率器件的热模型与磁性器件的损耗分析,可独立或嵌套在Matlab中使用。首先介绍了三相VIENNA型PFC电源的基本工作原理,详细阐述了平均电流控制的实现方法,并给出了部分主功率器件的选型依据,然后在PLECS软件中,构建了一个电路与控制算法相结合的三相VIENNA型大功率PFC电源的仿真模型,最后通过仿真模型的搭建与仿真实验,验证了电路参数设计的合理性和采用谐波注入的平均电流控制算法的可行性。

基于无源性与滑模变结构控制相结合的VIENNA整流器控制策略

针对VIENNA整流器的非线性特点,提出一种无源性控制与滑模变结构控制相结合的混合控制策略。在建立同步旋转坐标系下VIENNA整流器非线性数学模型的基础上,推导了VIENNA整流器的Euler-Lagrange数学模型,分析了VIENNA整流器的无源性。利用无源性理论及滑模变结构控制理论设计了VIENNA整流器的控制器,即电压外环采用滑模变结构控制、电流内环采用无源性控制的双闭环控制算法。在MATLAB7.1/Simulink环境中建立了仿真模型,并搭建了800 W的实验样机。仿真与实验结果表明,所提出的混合控制策略达到了控制的目的。利用无源性控制与滑模变结构控制相结合的整流器具有鲁棒性强、动态特性好、抗干扰能力强等优点。

用于改善电流过零点畸变的Vienna整流器空间矢量调制策略

Vienna整流器在空间矢量调制(SVM)下输入电流过零点会产生畸变,降低电流总谐波畸变率(THD)。本文首先针对采用dq坐标系双环控制下的交错并联Vienna整流器,从SVM等效调制波的角度阐述了Vienna整流器输入电流过零点畸变的原因,并提出一种过零钳位空间调制策略,通过优化输入电流过零点附近扇区内冗余矢量的分配,避免输入电流过零点的畸变,降低了输入电流THD,该策略实施简单,无需额外计算量。其次,分析这种调制策略的适用范围以及对Vienna整流器中点电流、电感电流纹波的影响。结果表明,和传统SVM相比,本文所提方式适用范围广,在抑制电流过零点波形畸变的同时能够减少附近的电流纹波。最后,通过仿真和实验验证了所提调制方式的有效性和理论分析的正确性。

VIENNA整流器硬件在回路仿真研究

本文采用理论分析、离线仿真和实时半实物试验手段相结合的方式,研究三相三电平VIENNA整流器,讨论其与三相二极管中点钳位式三电平PWM整流器的联系和对比;将其等效为串联双Boost拓扑相间解耦,采用单周控制,实现了低谐波,单位功率因数、动静态性能良好的可控整流,最后搭建基于硬件在回路的半实物仿真实验装置,试验结果验证了控制策略的可行性和有效性。

不同拓扑结构混合整流器性能评估

针对五种不同拓扑结构的混合整流器原理进行分析,建立构成混合整流器的无源器件、半导体芯片、散热系统和辅助元件模块关于损耗、体积和质量模型。采用非支配遗传算法Ⅱ(NSGA-Ⅱ)在给定系统和模块的参数条件下,求解由电感器、电容器、MOSFET管和二极管构成的半导体模块,风机和散热器构成的散热系统以及控制板、驱动器和辅助电源模块构成的辅助模块的损耗、体积和质量。依据得出的数据建立相对效率、功率密度、功率质量比、无源器件相对损耗、半导体芯片相对面积性能指标,得到不同开关频率性能指标之间关系和比较结果。在不同开关频率时,根据模型求解的数据和性能指标比较图,综合比较五种不同拓扑结构的混合整流器系统性能指标,得出三电平单向Vienna型混合整流器(3LUVHR)系统性能最优。

高压直流通信电源中高频开关整流模块

随着计算机和通信行业的快速发展,高压直流供电系统目前已成为通信电源的一个新的研究方向。本文针对高压直流供电系统中高频开关整流模块的硬件拓扑和关键控制策略开展研究,整流模块前级采用基于VIENNA拓扑的三相PFC,本文分析了VIENNA整流器的工作原理,研究了中点平衡控制策略;整流模块后级采用新型ZVS三电平半桥DC-DC变换器以改善轻载工作时ZVS的效果,并针对轻载条件下滞后管软开关优化要求提出一种改进型PWM控制策略,同时给出了各种工作条件下关键控制环路设计过程;最后设计了一台5.8kW的HVDC整流模块样机并进行了相关的实验。

电动汽车直流充电桩电源模块研究与设计

为了提高电动汽车直流充电桩的充电效率与品质参数,对充电桩的电源模块进行了两级式设计。前级功率因数校正电路采用三相三线制三电平VIENNA整流电路拓扑结构,通过SVPWM方式划分矢量空间,将三轴坐标系转化为两轴坐标系,判定参考矢量的路径,将零矢量插入到相邻的基本矢量中,确定七分段式矢量切换顺序与作用时间,调节电容中点平衡系数γ使整流电路中电容中点平衡。后级DC⁃DC转换电路采用全桥LLC谐振变换器提高输出电压的幅值并实现电气隔离,对影响谐振网络的参数进行分析。通过技术方案确定参数设计,采用Matlab/Simulink软件进行系统仿真,结果显示,VIENNA整流电路输出功率因数接近于1,DC⁃DC转换电路输出直流电压提高到710 V,输出电流为21 A,波纹系数小于1%,充电桩充电的效率和品质得到提高。

一种大功率电动汽车充电机的设计

为了解决电动汽车充电站、路边充电桩、地下车库等场合对大功率电动汽车充电机的需求问题,设计了一种最大输出功率为5 kW、输出电压可调的智能型电动汽车充电机。该充电机整流部分采用三相Vienna整流,DC/DC直流变换电路采用三电平全桥直流变换器,并且根据每一部分的特点和需求设计了合适的控制策略。对充电机各项功能的实现作了分析并对系统参数进行了设计,做了相关试验。试验结果表明,所设计的充电机具有较好的运行性能,效率大于85%,功率因数达到了0.95。