一种vienna整流器直流侧中点电位平衡控制装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电力电子技术领域，具体设及一种应用于数字单周期控制的VIENNA整流器直流侧中点电位平衡控制方法及系统。
【背景技术】
[0002] 随着电力电子技术的迅猛发展，非线性元件的使用给电网注入了大量的谐波。为 了解决该一问题，功率因数校正电路被越来越多的应用到电力电子设备中。VIENNA整流器 是一种优秀的=相=电平功率因数校正整流器，具有结构简单易维护、开关数量少、功率器 件应力小、无输出电压直通危险等优点。
[0003] 单周期控制技术的ne切cleControl,简称OCC)是二十世纪九十年代初由美国加 州大学的KeyueM.Smedley教授提出的一种新型的PWM控制技术，其基本思想是通过控制 电路的占空比来控制开关量在一个开关周期内的平均值等于或正比于参考量。模拟单周期 控制技术无需乘法器，只通过RS触发器、复位积分器和比较器即可实现功率因数校正的目 的，是一种将大信号非线性开关转换为线性开关的技术。与传统模拟单周期控制技术相比， 基于DSP+FPGA的数字单周期控制技术具有明显优势。主要包括；1)控制更加灵活，在推导 出系统的占空比控制方程后，根据方程可编程实现数字算法；2)更容易与其它控制方式相 结合，构成复合控制W提高系统整体性能；3)噪声抗干扰能力强；4)外设集成度较高。
[0004] 中点平衡问题是VIENNA整流器的固有问题。实现中点电压平衡的控制策略主要 有两种，一种是基于空间矢量的空间矢量脉宽调制（SpaceVectorPWM，SVPWM)方法，另一 种是基于载波的正弦脉宽调制（Carrier-basedPMW，CBPWM)方法。在SVPWM调制方法中，主 要有W下几种方法；1)开环被动控制；在每一个新开关周期，小矢量的正负状态进行转换。 该种方法只有在平衡负载的情况下能够较好控制中点电位，其动态调整特性不好；2)滞环 型控制：是目前应用最多的一种闭环控制方法，在检测每相电流方向基础之上，通过选择小 矢量正负状态使中点电位朝不平衡方向的相反方向来选择。该种方法的缺点就是电流中有 1/2开关频率的纹波；3)有源控制；该种方法通过控制电流的调制因子，需要检测中点电位 不平衡的大小和相电流的幅度，好处就是没有1/2开关频率的纹波，但是由于增加了其他 的开关状态从而增加了开关损耗，该种方法一般没有滞环控制那么可靠。在SPWM调制方法 中，中点电压平衡的算法绝大部分是通过向=相调制波中注入零序分量来实现的。但是零 序分量的选取需要很高的技巧，零序分量的计算往往需要=相参考电压，输出电流，直流母 线电容电压W及电容值等参数，大量的参数使零序分量的计算变得复杂也不利于实时控制 系统的实现，同时增加了成本。
【发明内容】
[0005] 发明目的；为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种VIENNA整流器直流 侧中点电位平衡控制装置和方法，用于更优化地解决现有的VIENNA整流器的中点平衡问 题。
[0006] 技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0007] 一种VIENNA整流器直流侧中点电位平衡控制方法，包括W下步骤：
[000引步骤一、采集VIENNA整流器的输入侧S相电流i。、ib、i。、输入侧S相电压V,,、Vbs、V。,和直流电压值Vd。;采集直流侧上、下电容电压值V。1、Vc2;
[0009] 步骤二、将输入侧S相电流i。、ib、ie、输入侧S相电压V。,、Vbs、Ves和直流电压值Vdc 带入下式得到占空比的正弦分量屯、屯、屯：
[0010]
【主权项】
1. 一种VIENNA整流器直流侧中点电位平衡控制方法，其特征在于：包括以下步骤： 步骤一、采集VIENNA整流器的输入侧三相电流、三相电压以及直流电压值；采集直流 侧上、下电容电压值； 步骤二、利用输入侧三相电流、三相电压以及直流电压值计算开关零序占空比dQ;将直 流侧上、下电容电压值作差并进行PI控制，得到PI控制输出电压Vm2; 步骤三、利用开关零序占空比Cltl和PI控制输出电压V m2按照下式计算获得数字单周期 控制的每个周期的积分初始值At，
上式中， ik为输入侧三相电流，R 3为交流电流采样电阻； 利用积分方法生成单周期载波，从每个周期的积分初始值Ak起开始递增至载波峰值 1，然后递减至本周期的积分初始值Λ k，每个周期内递增和递减过程对称从而生成每个周 期的载波； 步骤四、将直流侧电压参考值减去直流侧上、下电容电压值后获得的差值经过PI控 制，得到PI控制输出电压Vml，将Vml取倒数后与调制波相乘以调整调制波的幅值； 步骤五、将获得的单周期载波与调整幅值后的调制波输入至比较器后获得PWM信号用 于调制每相开关的占空比。
2. -种VIENNA整流器直流侧中点电位平衡控制装置，其特征在于：包括FPGA和DSP ; 所述FPGA中包含电网运行数据采集模块和单周期控制模块，所述DSP中包含零序占空比计 算模块、电容电压差PI控制模块、数字单周期控制积分初始值计算模块和调制波幅值调整 模块；所述FPGA采集电网运行数据并传输至DSP，所述DSP根据获得的电网运行数据计算 获得数字单周期控制每个周期的积分初始值A k并传输至FPGA中的单周期控制模块，单周 期控制模块生成单周期载波并进行开关占空比控制。
【专利摘要】一种VIENNA整流器直流侧中点电位平衡控制装置及方法。本发明公开了一种应用于数字单周期控制的三相三电平整流器直流侧中点电位控制方法及系统。控制方法的原理为：首先采集整流器输入侧电流值以及直流侧上、下电容电压值，然后计算单周期控制中每个周期的积分初始值，以此控制三相开关管的占空比，进而起到平衡直流侧中点电位的作用。核心控制系统由DSP和FPGA组成，DSP主要负责零序占空比的计算，直流侧上、下电容电压差的PI控制，单周期积分初始值的计算，与上位机通信等任务；FPGA的主要任务是数据采集，故障判断与保护，单周期控制方法的实现等。该方法具有算法简单易实现、硬件成本低、控制效果好等特点。
【IPC分类】H02M7-217
【公开号】CN104836464
【申请号】CN201510275287
【发明人】赵剑锋, 高铁峰, 张松波
【申请人】东南大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年5月26日