一种实现VIENNA整流器开关损耗降低和中点电压平衡的新型不连续PWM策略

Vienna整流器是一种能量单向流动的升压型整流器,被广泛应用到风力发电机系统、通信电源以及电动汽车等场合。为了减少Vienna整流器的开关损耗,通常使用非连续脉宽调制(discontinuous pulse width modulation,DPWM),但这会导致中点电压产生直流偏移和交流纹波。文中提出一种新型适用于Vienna整流器的基于载波的DPWM(carri-erbased DPWM,CB_DPWM)方法以减少开关损耗,并选择合适的钳位模式控制中点电压。为了避免在更改钳位模式时发生多余的开关动作,还采用一种改进的脉冲序列方法。综合对比传统的DPWM及所提出的CB_DPWM在开关损耗和中点电压纹波方面的性能。实验结果表明,CB_DPWM具有良好的中点电压控制能力,能有效降低开关损耗。

《航空高压直流供电系统中三相Vienna整流器的控制策略研究》之一——基于新型开关表的Vienna整流器直接电流控制策略

针对三相Vienna整流器中电压矢量选择少,不能同时满足交流电流和中点电位调节需求的问题,提出了一种优先调节交流电流,兼顾调节中点电位的新型开关表设计方法。首先,分析并确定了每个电流扇区的8个电压矢量对交流电流的dq分量(id、iq)、上下电容电压差的影响;然后,根据上述分析结论,在开关表的设计中,利用对交流电流影响相同,对中点电位影响相反的一对冗余小矢量代替了传统开关表中对应调节目标的电压矢量,在保持交流电流调节能力的前提下提高了中点电位的调节能力;最后借助仿真和实验平台验证了该新型开关表的有效性,结果表明设计的新型开关表具有良好的交流电流和中点电位调节能力。

基于钳位方式切换的Vienna整流器载波断续脉冲宽度调制策略

当Vienna整流器工作在直流电压不平衡条件下时,传统载波断续脉宽调制(carried-based discontinuous pulse-width modulation,CB-DPWM)会增加输入电流谐波和中点电压波动。为解决上述问题,提出一种基于钳位方式切换的CB-DPWM策略。为了减小输入电流谐波,根据变化的电压矢量对子区域和零序分量进行重新划分和计算。据此,建立统一的CB-DPWM调制波,分析可运行区域,得到直流电压不平衡度和可运行区域成反比的结论。结合中点电流分析不同钳位方式对中点电压大小的影响,并根据直流电压不平衡度的大小实时切换钳位方式,从而有效地减小中点电压波动。通过钳位区域判断和优化开关序列,减少切换钳位方式引入的开关动作,提高了Vienna整流器效率。最后,在Vienna整流器实验平台上验证所提策略的有效性。

高效率低THDI三相六开关Buck PFC整流器设计

研究的12扇区五段式空间矢量脉宽调制(SVPWM)策略具有器件电压应力更小、开关损耗低、输入电容电压纹波和输出电感电流纹波小的优点。基于该策略,分析了三相六开关Buck PFC整流器模态切换,推导了功率器件电压、电流应力及输入、输出滤波器的设计准则,为器件的选取和参数设计提供理论指导。通过1 kW试验样机,验证了12扇区五段式SVPWM三相六开关Buck PFC整流器具有高功率因数(PF)、低输入电流谐波(THDI)和高转换效率的良好性能。

适用于Vienna整流器的非连续脉宽调制

Vienna整流器凭借高功率密度和高可靠性的优点,被广泛应用于通信电源和电动汽车充电等中高压大功率场合。为实现Vienna整流器的功率因数校正(PFC)电路特性,需控制交流侧电流为与电网电压同频率、同相位的正弦波,降低电流过零畸变;为进一步提高Vienna整流器的功率密度,需尽可能降低开关损耗。从空间矢量的角度分析适用于Vienna的空间矢量调制策略,并根据控制目标的不同,分别提出可以最大程度降低开关损耗和可以降低电流过零畸变的非连续脉宽调制(DPWM)策略,最后通过仿真比较了所提出两种DPWM策略与SVPWM策略,验证了所提出的两种DPWM策略的可行性和优越性。

三相Vienna整流器的多开关表直接功率控制研究

提出了一种多开关表直接功率控制策略,通过分析各电压矢量对瞬时功率、上下电容电压差值升降率的影响,给出了以瞬时功率和中点电位为调节目标的开关表;设定了控制目标的优先级,系统能够根据瞬时功率和中点电位的误差情况调整控制目标,并从多开关表中选择合适的电压矢量。利用仿真和实验将该策略与单开关表的直接功率控制策略相比较,结果表明,采用该策略的系统具有更好的动态和稳态性能。

分流式三相VIENNA软开关整流器研究

三相VIENNA整流器具有谐波小、功率因数高、开关应力低和无桥臂直通风险等优点。但是,三相VIENNA整流电路的基本PFC结构采用的是Boost单元,存在升压二极管的反向恢复问题,且开关损耗大、电磁干扰大、电能传输效率低,对整流器的性能提升造成了一定限制。基于此,文中提出了一种分流式三相VIENNA软开关整流器,该整流器解决了升压二极管的反向恢复问题,实现了开关器件全范围内的零电流开通与零电压关断,具有结构简单、高效率的优良特性。文中详细分析了该整流器的基本工作原理、软开关实现条件以及器件应力等,给出了该电路参数的设计方法,搭建了分流式三相VIENNA软开关整流器的实验平台,验证了所研究整流器的有效性和优越性。

考虑谐波特性和中点电位平衡的Vienna整流器改进断续脉宽调制策略

Vienna整流器在以高功率密度为设计目标的场合中,应用十分广泛。且Vienna整流器通常运行在较高的开关频率下,因此减小开关损耗,降低装置的发热,十分有必要。断续脉宽调制(DPWM)可以降低开关损耗,本文研究了一种适用于Vienna整流器的具有最大开关损耗降低效果的DPWM方法。为改善DPWM相对于SPWM和SVPWM方法谐波特性较差的缺点,提出了一种适用于Vienna整流器的改善谐波特性的改进DPWM方法。该方法通过对子扇区注入的零序分量进行修正,改善了三相电流的谐波特性。为针对三电平拓扑固有的中点电位不平衡问题,提出了DPWM方法的中点电位平衡控制策略。最后,通过仿真和实验验证了本文提出的调制方法和中点电位平衡控制策略的有效性,对不同调制方法Vienna整流器的工作效率和电流THD进行了比较。

三相Vienna整流器自抗扰准PR控制

三相六开关Vienna整流器在采用传统PI双闭环控制器进行控制时,存在参数整定复杂、直流侧电压超调量大、抗干扰能力差等问题。为此,提出了一种自抗扰准PR控制策略。基于直接功率控制理论,外环采用自抗扰控制降低直流侧电压超调量,提高系统抗干扰能力;内环采用准PR控制器实现电流控制器的无静差跟踪,抑制谐波分量。通过在Matlab/Simulink中搭建三相六开关Vienna整流器的自抗扰准PR控制系统仿真模型,验证了控制策略的正确性与有效性。

基于理想多绕组变压器的并联型六相整流器的建模分析

文章基于理想多绕组变压器并联型六相整流器,对理想多绕组变压器的电压、电流特征方程进行分析,建立并联型六相整流器的开关函数模型,给出六相整流器的输入电流、功率因数、输出电压的特征方程。通过仿真实验了基于理想多绕组变压器的并联型六相整流器的解析模型的正确性,为并联型大功率整流器的学习和教学提供一定的参考。

三相Vienna整流器中点电位自平衡离散脉宽调制策略

高压或高开关频率场合,三电平Vienna整流器采用七段式空间矢量脉宽调制(SVPWM)可控制中点电位平衡,但开关损耗大,而传统离散脉宽调制(DPWM)虽能降低开关损耗,却不具备中点电位调节能力。为此,针对三相三电平类Vienna拓扑,提出一种中点电位自平衡DPWM策略。该策略通过箝位指定相电压来降低开关损耗,利用2种冗余箝位模式切换实现中点电位平衡。根据Vienna整流器主电路原理,基于开关函数描述矢量空间形成过程;以部分小扇区为例详细阐述冗余箝位模式及其矢量序列确定方法,并推导基本矢量作用时间;分析2种模式对中点电位的影响,给出中点电位平衡算法。仿真和实验结果表明,所提调制策略能降低开关损耗,兼顾中点电位平衡。

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。

Vienna整流器低开关频率双矢量模型预测控制策略研究

为了解决Vienna整流器传统有限集模型预测控制计算量大、控制精度依赖于采样频率的问题,同时降低Vienna整流器的开关频率,提出一种应用于Vienna整流器的低开关频率双矢量有限集模型预测控制策略。首先,建立基于电压预测的代价函数,并在进行预测计算之前确定参考电压矢量所在的扇区以减少参与预测计算的矢量个数。其次,在控制周期中引入第二矢量与最优矢量共同作用,以提高控制系统的跟踪精度,减小传统有限集模型预测控制对采样频率的依赖。再者,为了减小系统的开关损耗,对输出的双矢量组合进行限定并对矢量的作用顺序进行调整。此外,利用冗余矢量对中点电压的相反影响解决直流侧中点电压的波动问题。最后,通过仿真和实验证明所提控制策略的有效性和可行性。

基于双矢量的三电平PFC中点电位平衡无权重型模型预测控制

以三相Vienna整流器为研究对象,针对有限集模型预测控制FCS-MPC(finite control set model predictive control)实现中点电位平衡控制时权重因子选取困难,采样周期内作用单一矢量引起网侧电流纹波较大的问题,提出一种基于双矢量的无权重型模型预测控制UF-MPC(unweighted factor model predictive control)策略。首先,构建基于功率预测的单目标价值函数。然后,通过扇区划分同时采用无权重因子的方式来提高单次寻优效率,根据直流侧中点电位的波动优选冗余小矢量,实现无权重因子的中点电位平衡控制。在获取最优矢量的基础上,结合零矢量实现了双矢量固定开关频率控制。最后,基于RT-LAB半实物平台从稳态、暂态、中点电位波动方面进行验证,有效证明了所提控制策略的正确性和有效性。

并联模块化大功率直流电源的设计

大功率直流电源在工业和军用领域有广泛的应用需求,由于大容量单体电源的技术尚不成熟,因此基于模块化并联运行技术的大功率直流电源成为解决当前实际需求的有效手段之一。介绍了一种应用于船舶的大功率直流电源的设计,详细论述了其主要电路的设计和多模块并联工作控制原理。