三相VIENNA整流器的研究和设计

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1、硕士学位论文三相VIENNA整流器的研究和设计作者姓名张杰楠学科专业电力电子与电力传动指导教师谢运祥教授所在学院电力学院论文提交日期2018年6月ResearchandDesignofThree-phaseVIENNARectifierADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZhangJienanSupervisor：Prof.XieYunxiangSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TM461学校代号：10561学号：201520111485华南理工大学硕士学位论

2、文三相VIENNA整流器的研究和设计作者姓名：张杰楠指导教师姓名、职称：谢运祥教授申请学位级别：硕士学科专业名称：电力电子与电力传动研究方向：电力电子变流技术论文提交日期：2018年4月20日论文答辩日期：2018年6月2日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：曾岳南委员：康龙云谢运祥王学梅赵世伟摘要随着电力电子技术的迅猛发展，各种电力电子设备被广泛应用于各类领域，给人们的生产、生活带来了便利，但随之而来的无功功率损耗增加、电压漂移、电流谐波污染等问题也越来越被重视。因此，研究高功率因数、低电流谐波的PWM整流器具有重要意义。三电平整流器具有开关管电压应力低，输出

3、电流的谐波含量少，交流侧电压变化率(dv/dt)小等优点，特别适合在中、大功率等应用场合中。其中三相三电平VIENNA整流器对于传统的三电平整流拓扑具有功率开关器件少，不存在输出电压直通，无需设置死区等优势，得到了国内外广大学者的关注。本文将主要针对三相VIENNA整流器进行研究和设计。本文首先由整流器拓扑的演变历程引出了三相VIENNA整流器电路拓扑，并对VIENNA整流器电路拓扑的单相和三相原理进行分析，得出了其三电平的特性，然后利用开关函数建立了VIENNA整流器在abc,αβ,dq坐标系下的数学模型。基于VIENNA整流器的数学模型，提出了一种PI控制器参数的设计方法，即利用系统开环截

4、止频率和相位裕度求出控制器参数，该方法联系了系统频域性能和时域性能的关系，同时能够直观的看出各个参数对系统性能的影响。但PI控制存在控制器参数固定且敏感，抗干扰能力差等缺点，所以提出了一种带中点电位平衡的模型预测控制方法。通过建立系统的预测模型，推导出电流环和电压环的预测控制算法，并在其中加入了中点电位的预测控制，实现了中点电位的平衡。最后通过仿真对比分析，验证了模型预测控制在动态性能和稳态性能方面都优于PI控制。对于VIENNA整流器的空间矢量调制方法，介绍了以正六边形分区方式的SVPWM，它与以正三角形分区的SVPWM不同，它没有三角函数计算，更适合计算机算法。然后，通过空间矢量分析了中点

5、电位平衡问题，提出了一种适用于空间矢量调制的中点电位平衡方法。最后，介绍了实验样机的硬件电路和软件程序的设计，搭建了实验样机，通过实验结果验证了控制策略的准确性和可行性。关键字：VIENNA整流器；PI参数整定；模型预测控制；空间矢量调制；中点电位平衡IABSTRACTWiththerapiddevelopmentofpowerelectronictechnology,manykindsofpowerelectronicdevicesarewidelyusedinallkindsofflied,whichhasbroughtgreatconveniencetohumanlifeandprodu

6、ction.However,itleadtotheincreaseofreactivepowerloss,voltagedrift,currentharmonicpollutionandotherproblems,whicharebecomingmoreandmoreimportant.Therefore,thestudyofhighpowerfactor,lowcurrentharmonicPWMrectifierdevicehasbecomemoresignificant.Thethree-levelrectifierhavemanyadvantages,suchastheactivesw

7、itchwithlowvoltagestress,theoutputcurrentswithlowharmoniccurrentsandthevoltagewithlowrate(dv/dt)intheacside,whicharesuitableformediumandhighpowerapplications.Comparedwithtraditionalthreelevelrectifier