CN109450280A - Vienna整流器共模电压与电流畸变抑制方法、调制器及系统 - Google Patents

Vienna整流器共模电压与电流畸变抑制方法、调制器及系统 Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种Vienna整流器共模电压与电流畸变抑制方法、调制器及系统，通过建立双层矢量选择调制策略，在第一层矢量选择中，去除共模电压幅值较高的基本矢量，根据电流参考矢量和电压参考矢量所在扇区与两者之间的超前滞后关系，选择合适的基本矢量，来合成参考电压矢量，通过求解伏秒平衡方程得到各个基本矢量的作用时间，并设计对称式开关序列；在第二层矢量选择中，修正产生电流畸变的矢量，得到修正开关序列，并通过求解伏秒平衡方程得到修正后各个基本矢量作用时间。该双层矢量选择调制策略可以有效抑制Vienna整流器共模电压和电流畸变。

Description

Vienna整流器共模电压与电流畸变抑制方法、调制器及系统
技术领域
本公开涉及一种Vienna整流器共模电压与电流畸变抑制方法、调制器及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
近年来，Vienna整流器在风力发电系统、功率因数校正系统等领域获得广泛应用。Vienna整流器拓扑由使用双向开关的拓扑结构衍生而来，最早由奥地利学者J.W.Kolar于1996年提出。与传统两电平整流器相比，Vienna整流器具有总谐波畸变率(Total HarmonicDistortion，THD)低、功率器件电压应力低、滤波器体积小、转换效率高等优势。
共模电压是由变换器中功率器件的开关动作产生。传统三电平空间矢量调制(Space Vector Modulation，SVM)方法采用全部基本矢量合成参考电压矢量，进而产生幅值和频率很高的共模电压。共模电压对系统会造成严重的危害，增加了系统的电磁干扰(Electromagnetic Interference，EMI)。共模电压产生的共模电流对电机的绝缘造成损害，导致电机的轴承电流过大，进而造成电机轴承损坏。在光伏发电系统，产生共模漏电流，造成严重的电磁干扰，甚至威胁人身安全。因此，共模电压的抑制成为一个必须考虑的关键问题。
目前抑制共模电压的方法包括：基于硬件的方法和基于软件的方法。
(1)基于硬件的方法包括采用无源滤波器或改进电路拓扑结构等，然而，基于硬件的方法会增加整个系统的成本。
(2)基于软件的方法包括改进调制方法和预测控制方法。
Vienna整流器的电流畸变是由Vienna整流器输入侧三相中的某相电压和电流极性相反时，开关器件特定动作产生的，会将大量的谐波引入系统。电流谐波会对系统造成严重的危害，可能使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，严重降低了电能的生产、传输和利用的效率。此外，谐波还可能会引起系统局部谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。因此，对于Vienna整流器电流畸变的抑制也是一个必须考虑的关键问题。
目前抑制Vienna整流器电流畸变的主要方法为基于软件的方法，即对调制方式的改进，避免在输入侧电流与电压极性相反时采用特定的开关状态。
共模电压和电流畸变是共存于Vienna整流器系统中的重要问题。目前，大多数的研究在设计调制方式时，仅仅对于共模电压进行抑制，而并没有考虑到对电流畸变的抑制；在抑制电流畸变时也较少涉及到对共模电压的抑制。
综上所述，亟需一种同时抑制Vienna整流器共模电压幅值和电流畸变的方法、调制器及系统。
发明内容
本公开为了解决上述问题，提出了一种共模电压与电流畸变抑制方法、调制器及系统，本公开可以有效抑制Vienna整流器共模电压和电流畸变。
根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
一种Vienna整流器共模电压与电流畸变抑制方法，包括以下步骤：
根据参考电压矢量和电流矢量的相角，分别判断电压矢量和电流矢量所在扇区编号；
根据产生共模电压的大小，去除待选基本矢量中产生共模电压大的小矢量；
根据参考电压矢量根据参考电压矢量所在的扇区选取与一个大矢量、一个中矢量和一个零矢量，最后根据输入侧功率因数以及电流矢量和电压矢量所在扇区，选取合适的小矢量构成基本矢量；
根据选取的基本矢量列写伏秒平衡方程，计算各个基本矢量的作用时间，建立七段式开关序列；
根据是否会造成电流畸变，对相应开关周期中的七段式开关序列进行修正，最终得到五段式开关序列；
根据修正后的开关序列生成相应PWM驱动信号，控制功率开关管的开通与关断。
作为一种实施方式，在扇区判断过程中，设置参考电压矢量的相角为θV，扇区编号为SV：
当θV∈[0,π/6)时，SV＝1；当θV∈[π/6,π/3)时，SV＝2；
当θV∈[π/3,π/2)时，SV＝3；当θV∈[π/2,2π/3)时，SV＝4；
当θV∈[2π/3,5π/6)时，SV＝5；当θV∈[5π/6,π)时，SV＝6；
当θV∈[π,7π/6)时，SV＝7；当θV∈[7π/6,4π/3)时，SV＝8；
当θV∈[4π/3,3π/2)时，SV＝9；当θV∈[3π/2,5π/3)时，SV＝10；
当θV∈[5π/3,11π/6)时，SV＝11；当θV∈[11π/6,2π)时，SV＝12。
设置参考电流矢量的相角为θI，扇区编号为SI：
当θI∈[0,π/6)时，SI＝1；当θI∈[π/6,π/3)时，SI＝2；
当θI∈[π/3,π/2)时，SI＝3；当θI∈[π/2,2π/3)时，SI＝4；
当θI∈[2π/3,5π/6)时，SI＝5；当θI∈[5π/6,π)时，SI＝6；
当θI∈[π,7π/6)时，SI＝7；当θI∈[7π/6,4π/3)时，SI＝8；
当θI∈[4π/3,3π/2)时，SI＝9；当θI∈[3π/2,5π/3)时，SI＝10；
当θI∈[5π/3,11π/6)时，SI＝11；当θI∈[11π/6,2π)时，SI＝12。
作为进一步的限定，所述基本矢量选取的过程中，在全部基本矢量中去除共模电压幅值较大的小矢量，根据参考电压矢量所在的扇区选取一个大矢量、中第二矢量和一个零矢量，最后根据输入侧功率因数以及电流矢量和电压矢量所在扇区，选取合适的小量。
作为更进一步的限定，所述基本矢量选取的过程中，在后续对于参考矢量的合成中不使用[ONN]、[NON]、[NNO]、[OPP]、[POP]、[PPO]这六个小矢量。
作为进一步的限定，为保持Vienna整流器的输出电压的稳定性，保证各个矢量作用时满足伏秒平衡方程。
作为进一步的限定，在进行基本矢量选取的过程中，将输入侧电流参数变换到d-q坐标系下。通过对d-q坐标电流的PI控制以保证三相电流的正弦性和对称性。
作为进一步的限定，对于开关序列的修正过程，将大矢量中造成输入侧电压和输入侧电流符号相反的某一相的开关状态置为O，这时相应开关周期中的七段式开关序列被修正为五段式开关序列，根据修正后开关序列中的基本矢量列写修正后的伏秒平衡方程，求解得到各个基本矢量的作用时间。
一种共模电压与电流畸变抑制调制器，适用于Vienna整流器，包括：
扇区判断模块，被配置为根据参考电压矢量和电流矢量的相角，分别判断电压矢量和电流矢量所在扇区编号；
基本矢量选择模块，被配置为根据不同小矢量产生的共模电压幅值大小的不同，去除产生共模电压幅值较大的小矢量，根据参考电压矢量所在的扇区选取与参考矢量距离最近的一个大矢量、一个中矢量和一个零矢量，最后根据输入侧功率因数以及电流矢量和电压矢量所在扇区，选取合适的小矢量；
基本矢量作用时间计算模块，被配置为根据选取的基本矢量列写伏秒平衡方程，求解伏秒平衡方程得到各个基本矢量的作用时间；
开关序列设计模块，被配置为根据电压矢量和电流矢量的相位关系，选择合适的开关序列；
开关序列修正模块，被配置为根据电流矢量和电压矢量的相位关系，将合成电压矢量的大矢量中会产生电流畸变的某一相的开关状态置为O，修正开关序列；
PWM驱动信号生成模块，被配置为根据开关序列生成相应PWM驱动信号，控制功率开关管的开通与关断。
一种Vienna整流器共模电压与电流畸变共同抑制系统，包括上述调制器。
与现有技术相比，本公开的有益效果为：
(1)本公开的一种Vienna整流器共模电压与电流畸变共同抑制SVM方法可以将Vienna整流器的共模电压幅值限制在直流侧电压的六分之一以内；与传统空间矢量调制方法相比，共模电压幅值降低了二分之一。
(2)在本公开的一种Vienna整流器共模电压与电流畸变共同抑制SVM方法下，Vienna整流器正常运行条件下，直流侧电容电压波动小。
(3)当异常情况导致Vienna整流器的中点电位发生偏移时，本公开的Vienna整流器共模电压与电流畸变共同抑制SVM方法能够恢复中点平衡。
(4)本公开的Vienna整流器共模电压与电流畸变共同抑制SVM方法降低了直流侧电容的容量，进而减小了整个整流器系统的体积。
(5)本公开的Vienna整流器共模电压与电流畸变共同抑制SVM方法有效降低了电流谐波对系统的不利影响。
(6)针对Vienna整流器中当输入侧电压和电流极性相反造成电流畸变，从而引入系统的电流谐波的问题，本公开的Vienna整流器共模电压与电流畸变共同抑制SVM方法有效降低了该电流谐波的总畸变因数。
(7)本公开的Vienna整流器共模电压与电流畸变共同抑制SVM方法降低了系统的电磁干扰。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本公开研究的Vienna整流器系统；
图2为本公开方法的空间矢量图；
图3为系统的控制策略框图；
图4为本公开方法的Vienna整流器共模电压与电流畸变共同抑制SVM方法控制框图；
图5是本公开实施例提供的一种Vienna整流器共模电压与电流畸变共同抑制调制器的示意性框图；
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。
本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。
本公开通过建立双层矢量选择调制策略，在第一层矢量选择中，去除共模电压幅值较高的基本小矢量，根据电流参考矢量和电压参考矢量所在扇区与两者之间的超前滞后关系，选择合适的基本矢量，来合成参考电压矢量，通过求解伏秒平衡方程得到各个基本矢量的作用时间，并设计对称式开关序列；在第二层矢量选择中，修正产生电流畸变的大矢量，建立修正开关序列，并通过求解伏秒平衡方程得到修正后各个基本矢量作用时间。该双层矢量选择调制策略可以有效抑制Vienna整流器共模电压和电流畸变。
具体的，本公开实施例提供了一种Vienna整流器共模电压和电流畸变共同抑制SVM方法采用传统三电平空间矢量调制方法中的19个基本矢量，首先通过合理选择基本矢量，用以合成参考矢量，并求解伏秒平衡方程得到各个基本矢量的作用时间，设计对称式开关序列，然后根据电流参考矢量和电压参考矢量的超前滞后关系，对开关序列进行修正，并重新计算各个基本矢量的作用时间。该方法有效抑制了Vienna整流器的共模电压和电流畸变。
图1为本公开研究的Vienna整流器系统。主要包括直流侧负载、Vienna整流器、电网三部分。
如图1所示，Vienna整流器包括三相桥臂，每相桥臂包括四个二极管和两个箝位功率开关管。直流侧包括两个串联连接的滤波电容，两个滤波电容的中间形成一个中性点，每相桥臂通过两个反串联的箝位功率开关管与中性点相连接。
应理解，功率开关管为绝缘栅双极型晶体管(IGBT)；
功率开关管也可采用其他形式晶体管来实现。
具体地，Vienna整流器系统的每相桥臂有三种工作状态P、O和N。以直流侧两个滤波电容的中性点为参考点，当输入电流流向桥臂并且该桥臂工作于P状态时桥臂输出电压为输出直流电压值的二分之一，当桥臂工作于O状态时桥臂输出电压为零，当输入电流流出桥臂并且该桥臂工作于N状态时桥臂输出电压为输出直流电压值的负二分之一。
其中，功率开关管的开通与关断由控制系统完成。
在具体实施中，控制系统包括调制器、驱动电路、保护电路、信号采样及调理电路。调制器与驱动电路相连接，调制器输出的PWM信号经驱动电路送至功率开关管的门极，控制功率开关管的开通与关断。Vienna整流器的输出信号经信号采样及调理电路连接到调制器，所述保护电路实现过流和过压保护的功能。
其中，信号采样及调理电路采样直流侧电压、Vienna整流器的输入侧三相电流和三相电网电压值。
图3为本公开方法的控制策略框图。控制策略采用双闭环控制方法，外环为直流电压环，内环为电流环，外环控制器的输出作为内环的给定。
本公开实施例的一种三电平整流器共模电压与电流谐波共同抑制SVM方法，包括：
(1)扇区判断：根据参考电压矢量和电流矢量的相角，分别判断电压矢量和电流矢量的扇区编号；
在具体实施中，在扇区判断步骤中，设置参考电压矢量的相角为θV，扇区编号为SV：
当θV∈[0,π/6)时，SV＝1；当θV∈[π/6,π/3)时，SV＝2；
当θV∈[π/3,π/2)时，SV＝3；当θV∈[π/2,2π/3)时，SV＝4；
当θV∈[2π/3,5π/6)时，SV＝5；当θV∈[5π/6,π)时，SV＝6；
当θV∈[π,7π/6)时，SV＝7；当θV∈[7π/6,4π/3)时，SV＝8；
当θV∈[4π/3,3π/2)时，SV＝9；当θV∈[3π/2,5π/3)时，SV＝10；
当θV∈[5π/3,11π/6)时，SV＝11；当θV∈[11π/6,2π)时，SV＝12。
设置参考电流矢量的相角为θI，扇区编号为SI：
当θI∈[0,π/6)时，SI＝1；当θI∈[π/6,π/3)时，SI＝2；
当θI∈[π/3,π/2)时，SI＝3；当θI∈[π/2,2π/3)时，SI＝4；
当θI∈[2π/3,5π/6)时，SI＝5；当θI∈[5π/6,π)时，SI＝6；
当θI∈[π,7π/6)时，SI＝7；当θI∈[7π/6,4π/3)时，SI＝8；
当θI∈[4π/3,3π/2)时，SI＝9；当θI∈[3π/2,5π/3)时，SI＝10；
当θI∈[5π/3,11π/6)时，SI＝11；当θI∈[11π/6,2π)时，SI＝12。
(2)基本矢量选取：去除共模电压幅值较高的小矢量，然后根据参考电压矢量所在的扇区以及电流矢量和电压矢量的相位关系选取一个大矢量、一个中矢量和一个零矢量，最后根据输入侧功率因数，选取合适的小矢量。
图2为本公开方法的空间矢量图，包括19个基本矢量，具体包括6个大矢量、6个中矢量、6个低共模电压幅值的小矢量、1个零矢量。其中，6个大矢量包括[PPN]、[NPN]、[NPP]、[NNP]、[PNP]和[PNN]，6个中矢量包括[PON]、[OPN]、[NPO]、[NOP]、[ONP]和[PNO]，低共模电压幅值的6个小矢量包括3个P型小矢量([POO]、[OPO]和[OOP])和3个N型小矢量([OON]、[NOO]和[ONO])，1个零矢量为[OOO]。本公开方法采用的基本电压矢量及对应的共模电压幅值如表1所示。
表1本公开方法采用的基本电压矢量及对应的共模电压幅值
(3)基本矢量作用时间计算：根据选取的基本矢量列写伏秒平衡方程，求解伏秒平衡方程得到各个基本矢量的作用时间。
根据电流参考矢量和电压参考矢量的超前滞后关系，选择合适的小矢量对中点不平衡电压进行抑制。在每个小扇区内，采用一个大矢量、一个中矢量、一个小矢量和一个零矢量合成参考矢量。
(4)开关序列设计：为保证在每个开关周期中仅有一个开关发生变化，并根据电压矢量和电流矢量的相位关系不同，分别选择一个合适的大矢量、中矢量、小矢量和零矢量建立七段式开关序列。
(5)开关序列的修正：将大矢量中造成输入侧电压和输入侧电流符号相反的某一相的开关状态置为O，这时相应开关周期中的七段式开关序列被修正为五段式开关序列。根据修正后开关序列中的基本矢量列写修正后的伏秒平衡方程，求解得到各个基本矢量的作用时间；
图4为本公开方法的Vienna整流器共模电压和电流畸变共同抑制策略框图。首先，判断电流和电压参考矢量的超前滞后关系，选取参考电压所在的小扇区内一个大矢量、一个中矢量和一个零矢量，并根据电流和电压参考矢量所在扇区，选取小矢量，具体的选择情况，当电流矢量超前电压矢量时如表2所示，当电流矢量滞后电压矢量时如表3所示。并根据每个开关周期中仅有一个开关发生变化的原则设计七段式对称开关序列。然后，通过判断在该开关周期内是否有大矢量造成某相输入侧电压和输入侧电流符号相反，则将对应相的开关状态置为O，这时相应开关周期中的七段式开关序列被修正为五段式开关序列。具体的修正情况，当电流矢量超前电压矢量时如表四所示，当电流矢量滞后电压矢量时如表5所示。
以参考电流矢量超前电压矢量，并且电流矢量位于扇区1，电压矢量位于扇区1为例，具体说明开关序列设计的实现步骤。
根据电流和电压矢量所在扇区和电流矢量超前电压矢量这两条基本信息，可以选择出用来合成电压参考矢量的基本矢量为：[OOO],[OON],[PON],[PNN]。将这四种矢量分别记为V0，V2，V7，V13。此时的伏秒平衡方程可以表示为：
VrefTs＝V0T0'+V7T7'+V13T13'+V2(y1Ts)
Ts＝y1Ts+T0'+T7'+T13' (1)
其中，y1为小矢量V2的占空比，Ts为开关周期，T0′,T7′和T13′分别为V0,V7,V13在一个周期中的作用时间。
表达式中的所有矢量可以表示为：
其中，Vref和θ分别为参考电压矢量的幅值和相角。
求解伏秒平衡方程，得到基本矢量的作用时间分别为：
其中，m为调制度，定义为
为保证该方案能够高效地降低共模电压，应该保证所有基本矢量的作用时间大于零，即y1应该满足：
由于中点不平衡电压受到中点电流平均值的影响，因此在第一扇区内，中点不平衡电压由中矢量V7造成，可以表示为：
其中，T7′为中矢量[PON]的作用时间，C表示电容容量。
同理，通过控制小矢量作用时间对中点不平衡进行补偿的电压可以表示为：
由于要利用小矢量[OON]来消除中矢量造成的中点不平衡电压，故可以推导出：
则小矢量[OON]的占空比可以表示为：
综合公式(4)和公式(8)，y1应该满足：
根据表一对各个矢量会产生共模电压幅值的统计，可以得出，上述开关序列中，所用的全部矢量会造成的共模电压幅值均不大于Vdc/6。因此使用这种调制方式可以将系统的共模电压限制在直流侧电压的六分之一以内。
最终，为保证在每个开关周期中仅有一个开关发生变化，将开关序列设计为：[OOO]-[OON]-[PON]-[PNN]-[PON]-[OON]-[OOO]。在该开关序列作用的过程中，不会出现输入侧电流和电压符号相反的相，故不需要对开关序列进行修正。
以参考电流矢量超前电压矢量，并且电流矢量位于扇区1，电压矢量位于扇区2为例，具体说明开关序列修正的实现步骤。
利用与上述开关序列设计相同的步骤，设计出当电流矢量位于扇区1，电压矢量位于扇区2时的开关序列为：[OOO]-[POO]-[PON]-[PNN]-[PON]-[POO]-[OOO]。
为了消除输入侧电流畸变，应该将开关序列中的大矢量[PNN]中造成电流畸变的B相工作状态置为O，即修正为[PON]。
对修正后的开关序列列写伏秒平衡方程，可以得出各个矢量作用时间为：
最终，开关序列被修正为[OOO]-[POO]-[PON]-[POO]-[OOO]。
在可选实施例中，将交流侧三相电流转换到d-q旋转坐标系中，并使用PI调节器控制给定值和测量值之间的误差以保证三相电流的正弦性和对称性。
该算法采用PI控制器实现，具体地讲，将计算得到的给定直流侧电压参考值与测量得到的实际电压的差值送入外环PI控制器，经PI调节后得到电流d轴分量的参考值并与实际测量电流d轴分量作比较，得到的差值内环送入PI控制，最终得到电压d轴参考量。同样将电流q轴参考量与实际测量的q轴的差值送入PI控制器得到电压q轴参考矢量。最终使用电压d-q轴的参考量确定电压参考矢量。根据本公开提出的调制方法，设计合理的开关序列。
对于电流和电压参考矢量位于其它扇区的情况，开关序列设计与开关序列的修正如表2-表5所示。基本矢量选取和作用时间计算、开关序列设计、开关序列修正、PWM驱动信号生成可以用相似的方法得到。
表2当电流矢量超前电压矢量时本公开方法的开关序列
表3当电流矢量滞后电压矢量时本公开方法的开关序列
表4本公开采用的当电流矢量超前电压矢量时开关序列修正
表5本公开采用的当电流矢量滞后电压矢量时开关序列修正
(6)PWM驱动信号生成：根据开关序列生成相应PWM驱动信号，控制功率开关管的开通与关断。
图5是本公开实施例提供的一种Vienna整流器共模电压和电流畸变共同抑制调制器的示意性框图。
如图5所示，本公开实施例提供的一种Vienna整流器共模电压和电流畸变共同抑制调制器，至少包括：
(1)扇区判断模块，其用于根据参考电压矢量和电流矢量的相角，分别判断电压矢量和电流矢量所在扇区编号；
具体地，在该模块中，设置参考电压矢量的相角为θV，扇区编号为SV：
当θV∈[0,π/6)时，SV＝1；当θV∈[π/6,π/3)时，SV＝2；
当θV∈[π/3,π/2)时，SV＝3；当θV∈[π/2,2π/3)时，SV＝4；
当θV∈[2π/3,5π/6)时，SV＝5；当θV∈[5π/6,π)时，SV＝6；
当θV∈[π,7π/6)时，SV＝7；当θV∈[7π/6,4π/3)时，SV＝8；
当θV∈[4π/3,3π/2)时，SV＝9；当θV∈[3π/2,5π/3)时，SV＝10；
当θV∈[5π/3,11π/6)时，SV＝11；当θV∈[11π/6,2π)时，SV＝12。
设置参考电流矢量的相角为θI，扇区编号为SI：
当θI∈[0,π/6)时，SI＝1；当θI∈[π/6,π/3)时，SI＝2；
当θI∈[π/3,π/2)时，SI＝3；当θI∈[π/2,2π/3)时，SI＝4；
当θI∈[2π/3,5π/6)时，SI＝5；当θI∈[5π/6,π)时，SI＝6；
当θI∈[π,7π/6)时，SI＝7；当θI∈[7π/6,4π/3)时，SI＝8；
当θI∈[4π/3,3π/2)时，SI＝9；当θI∈[3π/2,5π/3)时，SI＝10；
当θI∈[5π/3,11π/6)时，SI＝11；当θI∈[11π/6,2π)时，SI＝12。
基本矢量选取：首先根据不同小矢量产生的共模电压幅值大小的不同，去除产生共模电压幅值较大的小矢量，然后根据参考电压矢量所在的扇区以及电流矢量和电压矢量的相位关系选取一个大矢量、一个中矢量和一个零矢量，最后根据输入侧功率因数，选取合适的小矢量。
具体的，将共模电压幅值较高的小矢量直接去除，即在后续对于参考矢量的合成中不使用[ONN]、[NON]、[NNO]、[OPP]、[POP]、[PPO]这六个小矢量，然后根据电流参考矢量和电压参考矢量所在扇区与两者之间的超前滞后关系选择合适的小矢量。
图2为本公开方法的空间矢量图，包括19个基本矢量，具体包括6个大矢量、6个中矢量、6个低共模电压幅值的小矢量、1个零矢量。其中，6个大矢量包括[PPN]、[NPN]、[NPP]、[NNP]、[PNP]和[PNN]，6个中矢量包括[PON]、[OPN]、[NPO]、[NOP]、[ONP]和[PNO]，低共模电压幅值的6个小矢量包括3个P型小矢量([POO]、[OPO]和[OOP])和3个N型小矢量([OON]、[NOO]和[ONO])，1个零矢量为[OOO]。本公开方法采用的基本电压矢量及对应的共模电压幅值如表6所示。
表6本公开方法采用的基本电压矢量及对应的共模电压幅值
(3)基本矢量作用时间计算：根据选取的基本矢量列写伏秒平衡方程，求解伏秒平衡方程得到各个基本矢量的作用时间。
根据选取的基本矢量列写伏秒平衡方程，求解伏秒平衡方程得到各个基本矢量的作用时间。根据电流参考矢量和电压参考矢量的超前滞后关系，挑选合适的小矢量对中点不平衡电压进行抑制。在每个小扇区内，选取扇区内一个大矢量、一个中矢量、一个小矢量和一个零矢量可以完成对整个扇区内全部矢量的合成。
为保持Vienna整流器的输出电压的稳定性，保持各个矢量作用时满足伏秒平衡方程。
(4)开关序列设计：为保证在每个开关周期中仅有一个开关发生变化，并根据电压矢量和电流矢量的相位关系不同，分别选择一个合适的大矢量、中矢量、小矢量和零矢量设计七段式开关序列。
(5)开关序列的修正：将大矢量中造成输入侧电压和输入侧电流符号相反的某一相的开关状态置为O，这时相应开关周期中的七段式开关序列被修正为五段式开关序列。根据修正后开关序列中的基本矢量列写修正后的伏秒平衡方程，求解得到各个基本矢量的作用时间；
(6)PWM驱动信号生成：根据开关序列生成相应PWM驱动信号，控制功率开关管的开通与关断。
本公开实施例还提供了一种Vienna整流器共模电压和电流畸变共同抑制系统，包括如图5所示的Vienna整流器共模电压和电流谐波共同抑制调制器。
在具体实施中，Vienna整流器共模电压和电流畸变共同抑制系统，还包括：驱动电路、保护电路、信号采样及调理电路。调制器与驱动电路相连接，调制器输出的PWM信号经驱动电路送至功率开关管的门极，控制功率开关管的开通与关断。Vienna整流器的输出信号经信号采样及调理电路连接到调制器，所述保护电路实现过流和过压保护的功能。
其中，信号采样及调理电路采样直流侧电压、Vienna整流器的输入电流和三相电网电压值。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种Vienna整流器共模电压与电流畸变抑制方法，其特征是：包括以下步骤：
根据参考电压矢量和电流矢量的相角，分别判断电压矢量和电流矢量所在扇区编号；
根据小矢量产生共模电压的幅值大小，去除待选基本矢量中产生共模电压较大的小矢量；
根据参考电压矢量根据参考电压矢量所在的扇区选取与一个大矢量、一个中矢量和一个零矢量，最后根据输入侧功率因数以及电流矢量和电压矢量所在扇区，选取合适的小矢量构成基本矢量；
根据选取的基本矢量列写伏秒平衡方程，计算各个基本矢量的作用时间，建立七段式开关序列；根据是否会造成电流畸变，对相应开关周期中的七段式开关序列进行修正，最终得到五段式开关序列
根据修正后的开关序列生成相应PWM驱动信号，控制功率开关管的开通与关断。
2.如权利要求1所述的一种共模电压与电流畸变抑制方法，其特征是：在扇区判断过程中，设置参考电压矢量的相角为θV，扇区编号为SV：
当θV∈[0,π/6)时，SV＝1；当θV∈[π/6,π/3)时，SV＝2；
当θV∈[π/3,π/2)时，SV＝3；当θV∈[π/2,2π/3)时，SV＝4；
当θV∈[2π/3,5π/6)时，SV＝5；当θV∈[5π/6,π)时，SV＝6；
当θV∈[π,7π/6)时，SV＝7；当θV∈[7π/6,4π/3)时，SV＝8；
当θV∈[4π/3,3π/2)时，SV＝9；当θV∈[3π/2,5π/3)时，SV＝10；
当θV∈[5π/3,11π/6)时，SV＝11；当θV∈[11π/6,2π)时，SV＝12。
3.如权利要求2所述的一种共模电压与电流畸变抑制方法，其特征是：设置参考电流矢量的相角为θI，扇区编号为SI：
当θI∈[0,π/6)时，SI＝1；当θI∈[π/6,π/3)时，SI＝2；
当θI∈[π/3,π/2)时，SI＝3；当θI∈[π/2,2π/3)时，SI＝4；
当θI∈[2π/3,5π/6)时，SI＝5；当θI∈[5π/6,π)时，SI＝6；
当θI∈[π,7π/6)时，SI＝7；当θI∈[7π/6,4π/3)时，SI＝8；
当θI∈[4π/3,3π/2)时，SI＝9；当θI∈[3π/2,5π/3)时，SI＝10；
当θI∈[5π/3,11π/6)时，SI＝11；当θI∈[11π/6,2π)时，SI＝12。
4.如权利要求1所述的一种共模电压与电流畸变抑制方法，其特征是：所述基本矢量选取的过程中，在全部基本矢量中去除共模电压幅值较大的小矢量，根据参考电压矢量所在的扇区选取一个大矢量、一个中矢量和一个零矢量，最后根据输入侧功率因数以及电流矢量和电压矢量所在扇区，选取合适的小矢量。
5.如权利要求4所述的一种共模电压与电流畸变抑制方法，其特征是：所述基本矢量选取的过程中，在后续对于参考矢量的合成中不使用[ONN]、[NON]、[NNO]、[OPP]、[POP]、[PPO]这六个矢量。
6.如权利要求1所述的一种共模电压与电流畸变抑制方法，其特征是：在进行基本矢量选取的过程中，将输入侧电流参数变换到d-q坐标系下。通过对d-q坐标电流的PI控制以保证三相电流的正弦性和对称性。
7.如权利要求1所述的一种共模电压与电流畸变抑制方法，其特征是：对于开关序列的修正过程，将大矢量中造成输入侧电压和输入侧电流符号相反的某一相的开关状态置为O，这时相应开关周期中的七段式开关序列被修正为五段式开关序列，根据修正后开关序列中的基本矢量列写修正后的伏秒平衡方程，求解得到各个修正后基本矢量的作用时间。
8.如权利要求1所述的一种共模电压与电流畸变抑制方法，其特征是：将造成输入侧电流和电压符号相反的相，开关状态置为O，并根据修正后的基本电压矢量建立伏秒平衡方程计算各个基本矢量的工作时间。
9.一种共模电压与电流畸变抑制调制器，适用于Vienna整流器，其特征是：包括：
扇区判断模块，被配置为根据参考电压矢量和电流矢量的相角，分别判断电压矢量和电流矢量所在扇区编号；
基本矢量选择模块，被配置为根据不同小矢量产生的共模电压幅值大小的不同，去除产生共模电压幅值较大的小矢量，根据参考电压矢量所在的扇区选取与参考矢量距离最近的一个大矢量、一个中矢量和一个零矢量，最后根据输入侧功率因数以及电流矢量和电压矢量所在扇区，选取合适的小矢量；
基本矢量作用时间计算模块，被配置为根据选取的基本矢量列写伏秒平衡方程，求解伏秒平衡方程得到各个基本矢量的作用时间；
开关序列设计模块，被配置为根据电压矢量和电流矢量的相位关系，选择合适的开关序列；
开关序列修正模块，被配置为根据电流矢量和电压矢量的相位关系，将合成参考电压矢量的大矢量中会产生电流畸变的某一相的开关状态置为O，修正开关序列；
PWM驱动信号生成模块，被配置为根据开关序列生成相应PWM驱动信号，控制功率开关管的开通与关断。
10.一种三电平整流器共模电压与电流畸变共同抑制系统，其特征是：包括如权利要求9所述的调制器。
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