Vienna整流器相比于兩電平變換器有器件應(yīng)力低、功率密度高、電流諧波含量小等優(yōu)勢(shì)，相比于普通的三電平變換器有結(jié)構(gòu)簡單、功率器件少、可靠性高等優(yōu)勢(shì)。因此，Vienna整流器是三相功率因數(shù)校正器優(yōu)秀拓?fù)洹?/p>

Vienna整流器常見的調(diào)制策略主要有載波調(diào)制（Carrier Based-Pulse Width Modulation, CB-PWM）、空間矢量調(diào)制（Space Vector Modulation, SVM）和斷續(xù)脈寬調(diào)制（Discontinuous Pulse Width Modulation, DPWM）這三類。

載波調(diào)制中有基于正弦調(diào)制波的正弦載波調(diào)制（Sinusoidal Pulse Width Modulation, SPWM），也有基于共模分量注入的載波調(diào)制。SPWM方式簡單，但是電壓利用率不高，中點(diǎn)電壓波動(dòng)大。3次諧波注入是一種常見的共模分量注入的CB-PWM方法，這種方法可以提高電壓利用率，減少中點(diǎn)電壓波動(dòng)。

空間矢量調(diào)制主要包括最近三矢量（Nearest Three Vectors, NTV）法和簡化SVM法。有學(xué)者將最近三矢量法應(yīng)用到Vienna整流器中，這種方法雖然物理意義明確，但是扇區(qū)判斷和矢量時(shí)間計(jì)算都較為復(fù)雜。簡化SVM的扇區(qū)劃分方式和NTV法不同，并且通過對(duì)空間矢量的平移將三電平矢量調(diào)制簡化為兩電平矢量調(diào)制，從而簡化了扇區(qū)判斷和時(shí)間計(jì)算。

但是，無論目標(biāo)矢量處于什么位置，這兩種方式所選擇的有效矢量都是相同的，所以本質(zhì)上是一種調(diào)制策略的兩種不同實(shí)現(xiàn)方式。采用DPWM策略的主要目的是減少開關(guān)損耗，這種調(diào)制方式在特定時(shí)間分別將調(diào)制波鉗位到正、負(fù)、零三種電平，從而達(dá)到減少開關(guān)動(dòng)作次數(shù)的目的，但是這種調(diào)制策略下，中點(diǎn)電壓波動(dòng)大，電流諧波含量高。

以上三種不同的調(diào)制策略之間存在緊密的關(guān)聯(lián)，有學(xué)者指出矢量調(diào)制可以等效為注入共模分量的載波調(diào)制，并且能推導(dǎo)出不同扇區(qū)內(nèi)相應(yīng)的共模分量表達(dá)式。有學(xué)者在矢量調(diào)制的過程中交替選擇單一冗余矢量，通過矢量調(diào)制的方式實(shí)現(xiàn)了兩種不同的DPWM策略。有學(xué)者通過注入共模分量的載波調(diào)制實(shí)現(xiàn)了DPWM，并且總結(jié)了DPWM策略的共模分量的表達(dá)式。

• 受到Vienna整流器工作特性的影響，Vienna整流器輸入電流在過零點(diǎn)附近會(huì)發(fā)生畸變。有學(xué)者指出造成電流畸變的原因是輸入電流與調(diào)制波符號(hào)不同，并使用DPWM方式保證電流和調(diào)制波符號(hào)始終一致，可以避免電流的過零點(diǎn)畸變。
• 有學(xué)者指出是由于在矢量調(diào)制的過程中輸入電流方向的檢測誤差造成輸入電流的畸變，并同樣使用DPWM方式代替SVM解決了該問題。
• 有學(xué)者指出是由于在矢量調(diào)制的過程進(jìn)入了非正常區(qū)域?qū)е铝穗娏鞯幕儯⑶抑悬c(diǎn)電壓的不平衡會(huì)增加這一區(qū)域，提出了一種零序分量注入調(diào)制方式用于補(bǔ)償不正常區(qū)域的三相調(diào)制波。
• 有學(xué)者分析了器件關(guān)斷延時(shí)對(duì)基于寬禁帶器件Vienna整流器輸入電流諧波的影響，并提出了一種補(bǔ)償措施抵消關(guān)斷延時(shí)的影響。空間矢量調(diào)制下Vienna整流器輸入電流過零點(diǎn)附近的畸變更加顯著，開關(guān)頻率的提高、輸入濾波電感的減少更會(huì)加重這種畸變，該畸變引入的諧波往往難以抑制。

上述文獻(xiàn)雖然提出了不同措施用于解決電流畸變問題，但是對(duì)這一現(xiàn)象出現(xiàn)的原因解釋得不夠充分。

因此，本文首先針對(duì)dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系雙環(huán)控制下的交錯(cuò)并聯(lián)Vienna整流器系統(tǒng)，從矢量調(diào)制等效調(diào)制波的角度詳細(xì)闡述了Vienna整流器輸入電流過零點(diǎn)畸變的原因。提出了對(duì)傳統(tǒng)Vienna整流器空間矢量調(diào)制的一種改進(jìn)措施，該策略在電流過零點(diǎn)附近扇區(qū)內(nèi)優(yōu)化冗余矢量安排，避免了輸入電流過零點(diǎn)的畸變。這種方法實(shí)現(xiàn)簡單，無需增加額外的計(jì)算量。其次，分析了改進(jìn)SVM的適用范圍、中點(diǎn)電流和電流紋波大小。

分析結(jié)果表明，本文所提改進(jìn)措施適用范圍廣，不僅能夠解決電流過零點(diǎn)畸變問題，抑制了帶寬附近難以抑制的諧波，減少輸入電流總諧波畸變率（Total Harmonic Distortion, THD），而且能夠明顯減少輸入電流過零點(diǎn)附近的紋波大小。最后，通過仿真并在一臺(tái)交錯(cuò)并聯(lián)Vienna整流器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了所提改進(jìn)措施的有效性和理論分析的正確性。

圖18 Vienna整流器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

結(jié)論

三電平SVM的等效調(diào)制波在過零處存在突變，當(dāng)Vienna整流器輸入電流與調(diào)制波相位不同時(shí)，這會(huì)引起輸入電流過零點(diǎn)附近產(chǎn)生畸變。本文針對(duì)交錯(cuò)并聯(lián)Vienna整流器，分析了傳統(tǒng)SVM下輸入電流過零點(diǎn)附近的畸變機(jī)理，并提出了一種過零鉗位型SVM策略（ZCC-SVM），保證輸入電流順利過零，有效抑制了輸入電流帶寬附近的諧波，改善了波形質(zhì)量。這種調(diào)制方式的特點(diǎn)總結(jié)如下：

• 1）不僅能夠抑制輸入電流過零點(diǎn)畸變，顯著地降低了難以抑制的控制帶寬附近的諧波，優(yōu)化了輸入電流質(zhì)量，而且能夠減少輸入電流過零點(diǎn)附近的紋波。
• 2）實(shí)現(xiàn)方式簡單，無需增加額外的計(jì)算。
• 3）適用范圍廣，在額定工作條件（380V交流輸入，750V電壓輸出）下允許滯后電壓的相位14.1°，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足實(shí)際工作要求。
• 4）少量增加中點(diǎn)電壓波動(dòng)，但對(duì)輸入電流諧波造成的影響較小。