Page 38 - 电力与能源2024年第一期

32 郑智威，等：计及中性点电位均衡的 VIENNA 型整流器简化空间矢量调制方法

电平拓扑相同，VIENNA 型整流器拓扑中也会产 在图 1 中，u x 代表每一相的电网电压，v rx 代表
i
生中性点电位脉动，在系统中引入偶次谐波，从而 AC 侧每一相的输出电压， x 代表每一相的电网侧
［6］
使开关器件和直流母线电容电压的应力增加 。 电流。D 1~D 6 代表的是功率二极管，S x 代表的是
当前，关于中性点电位脉动的各类控制策略 双向功率开关管，L x 代表的是电网侧各相滤波电
大致可分为如下几种。文献［7］提出在控制系统中 感，R x 代表的是电网侧电感的等效电阻，C 1 和 C 2
引入三倍于电源基频的交流（AC）信号号，给开关 代表的是直流母线电容，R L 代表的是负载电阻。

方程带来零序成分，从而抑制交流脉动在电容器中 以 a 相桥臂为例，当功率开关管 S a 在导通状
的作用。文献［8］采用中性点均衡系数和直流母线 态时，整流器输出端电压被钳位至直流母线中性
电压变化量等理论，对中性点电位与直流母线电压 点电压；当功率开关管 S a 为关闭状态时，整流器输
变化的相关性进行了研究和验证。文献［9］基于电 出端的电压变为±U dc/2，其极性跟随 i a 的变化而
荷均衡理论，并推算出均衡因数，以此来调整小矢 变化。从图 1 可以看出，每相桥臂存在 3 个开关

量的作用时间，从而达到降低中性点电位脉动的效 态，分别为－1，0，+1，那么三相桥臂总共存在 3 3
果。文献［10］基于载波 PWM 和三电平空间矢量 个开关态，由于三相电流无法同时是正向的，也无
调制（SVM）之间的内在关系，通过注入最优零序 法同时是负向的，因此没有“-1-1-1”和“111”开关
矢量得到等效载波 PWM，较好地解决了中性点电 态。通过以上分析，给出了 VIENNA 型整流器的
位问题。然而，上述方法的测算过程十分繁琐，测 电压空间矢量分布，如图 2 所示。三相交流电扇
算工作量较大，实施起来存在一定的难度。 区分布如图 3 所示。不同开关状态下的电流通路
本文基于 VIENNA 型整流电路的基本组成 如图 4 所示。

和工作原理，实现空间矢量调制从三电平变为二
电平，并在此基础上提出一种具备动态、静态特性
的新型双闭环整流系统。该系统在空间矢量脉宽
调制（SVPWM）算法的占空比分布中引入直流母
线电容电压的变化量参数，针对中性点电位不均
衡的问题，通过改变矢量作用时间，达到降低中性

点电位脉动的目的。通过运用 MATLAB/Simu⁃
link 建立 VIENNA 型整流器的矢量控制模型，验
证了所提出方法的有效性。 图 2 VIENNA 型整流器电压空间矢量分布

1 电路拓扑及工作原理

VIENNA 型整流器的主电路由输入滤波电
感、功率二极管、功率开关管以及输出电容组成，
其拓扑如图 1 所示。

图 3 三相交流电扇区分布
因为 AC 侧电流极性会影响 VIENNA 型整流
器的输出端电压，所以即使电流极性不同，整流器

形成的基本电压矢量数都会被限制，同时由于电
流方向被限制，零矢量除“0 0 0”外无其他状态。
根据三相交流电极性的不同，一个工频周期可以
图 1 VIENNA 型整流器主电路拓扑 划分成 6 个扇区。