1、現代電網中入網電力電子設備數量以及單體功率大幅增加,這些設備的非線性、沖擊性、和不平衡性將會導致電網中的電壓波形與電流波形發(fā)生畸變,甚至引入各種類型的電網故障。電力電子變流器,作為負載或發(fā)電設備與現代電網的接口,提升其在電網正常以及受干擾工況下的性能對改善入網設備的工作環(huán)境和電網電能質量都有著非常重大的意義,并已成為當前研究的一個熱點。與傳統(tǒng)的整流拓撲相比,VIENNA整流拓撲因具有相對簡單的功率與控制電路、良好的輸入輸出諧波性能和較低

2、的功率管電壓應力等優(yōu)點而在工業(yè)變頻器、不問斷電源、有源電力濾波器和新興的混合動力車充電站等領域得到越來越多的應用。以VIENNA整流拓撲為研究對象,本文在總結現有電網同步方法、VIENNA整流拓撲控制方法的基礎上,著重研究了新型的電網受干擾時的同步方法、VIENNA整流拓撲正常工況時的控制實現與性能提升、以及電網受干擾時VIENNA拓撲的新型控制方案等關鍵性問題。論文內容如下:
　　 1.本文對單相、三相電網同步方法進行了研究。

3、首先通過對單相、三相電網電壓信號進行數學建模和介紹梯度下降法逼近輸入信號的原理,從全新的角度系統(tǒng)性地論述和評價現有的單相、三相電網的電網同步技術。緊接著本文提出了一種基于正、負序解耦的電網受干擾時的直接解耦同步法(Direct Decoupled Synchronization Method,DDSM)。該方法利用現有的一些單相鎖相環(huán)模塊對αβ軸電壓分量uα、uβ中的基波正負序分量進行直接解耦,得到了三相電壓的正負序基波分量。對于電網存

4、在較嚴重低次諧波的情況,通過對直接解耦方法進行擴展提出了擴展直接解耦法(Expanded DDSM,EDDSM)。直接解耦同步法可有效處理正負序頻率不同時的情況,且可以直接從計算模塊中獲得正負序的幅值、相位、頻率等參數。本文另外還提出了一種新型的能夠產生與輸入正弦信號同相位波形和正交波形的正交信號發(fā)生器(In-phase／Quadrature-phase Waveforms Generator,IQWG)。通過共用加強型鎖相環(huán)(Enha

5、nced Phase Locked Loop,EPLL)模塊的參數sin()、cos(),對基于EPLL的雙加強型鎖相環(huán)法(Dual EPLL,DEPLL)和DDSM模塊圖進行了有效簡化,得到的雙加強型鎖相環(huán)一正交信號發(fā)生器法(DEPLL-IQWG)和直接解耦-正交信號發(fā)生器法(DDSM-IQWG)具有良好的靜態(tài)和動態(tài)性能。
　　 2.本文對正常工況時VIENNA拓撲的控制方法實現與性能提升進行了研究。本文對三相平衡電網中VIE

6、NNA整流拓撲abc自然坐標系控制方法的電壓外環(huán)、電流環(huán)、中點平衡環(huán)進行了設計和實現,并針對VIENNA整流拓撲的開關特性給出了幾種新型的PWM產生器結構。另外,本文還設計實現了正常工況時VIENNA整流拓撲dq同步參考坐標系的控制方法.針對VIENNA拓撲空間矢量調制技術的特殊性,設計了一種非常便于控制實現的矢量調制方法和基于對冗余開關組合持續(xù)時間進行分配的中點電位平衡方法,并進行了實驗驗證。
　　 3.本文對三相不平衡電網中

7、VIENNA整流拓撲的控制方法進行了研究。以抑制直流電壓紋波和有功、無功功率的紋波分量為控制目標,本文提出了一種新型的直接在abc自然坐標系下實現的VIENNA整流拓撲的不平衡控制方案Ⅰ。與傳統(tǒng)的雙坐標變換矢量控制法相比,方案Ⅰ具有如下優(yōu)點:1)結合了直接解耦電網同步法(DDSM),直接從中獲取正序分量、負序分量及其幅值,構成了系統(tǒng)的電流參考信號；2)通過直接在abc自然坐標系下給定頻率為基波頻率的電流環(huán)三相參考電流,非常有利于系統(tǒng)的跟

8、蹤實現。緊接著首次從理論上對VIENNA整流拓撲的靜態(tài)工作范圍進行了分析,并給出了VIENNA拓撲靜態(tài)工作范圍的判據,并指出當電網嚴重不平衡時方案Ⅰ的電流給定方法將導致系統(tǒng)工作于靜態(tài)工作范圍之外而不再適用于VIENNA拓撲的控制。以在任何不平衡工況下都能滿足拓撲正常工作的需要為控制目標,本文提出了另一種新型的VIENNA拓撲自然坐標系不平衡控制方案Ⅱ。方案Ⅱ雖不能有效抑制直流電壓紋波和消除有功無功功率紋波,但能滿足VIENNA拓撲全范圍