摘 要

现代电力电子技术的快速成长给人们的生活带来了便利，但是由于这一系列非线性设备的引入，对电网产生了不容小觑的影响，电网谐波引起的麻烦越来越严重。那么如何提高电网功率因数，降低电网电流总波形畸变率成为一个亟需解决的问题。VIENNA整流器是一种高功率因数的三电平三开关整流器具有一定的实际意义。

首先，本文概述了三相整流器拓扑的发展历程，以及常用的功率因数校正电路。从VIENNA整流器的基本工作原理着手，分别分析其单相和三相工作方式，以及其三电平特性。选取VIENNA整流器的某一具体输入电压区间，分析其拓扑结构下的8中工作方式。然后，通过对VIENNA整流器拓扑结构化简，得出其受控电压源模型。

其次，本文的核心部分是单周期控制策略。首先分析单周期控制原理，得出了一个简单的表示单周期控制原理的核心方程。接着，以一个单相单周期控制APFC为例，具体分析单周期控制原理，以及其调节特性。最后，通过VIENNA整流器的数学模型，以及单周期控制的核心方程，得出其单周期控制方程以及相应的拓扑结构。

最后，本文对单周期控制的VIENNA整流器进行了simulink仿真，根据其输入输出波形，分析其输入输出特性，验证其功率因数校正的特性，以及该拓扑结构相较其他整流拓扑的优势。

关键词：VIENNA整流器；单周期控制；功率因数校正；simulink仿真

Abstract

The rapid development of modern power electronic technology has brought convenience to people's life, but because of the introduction of this series of non-linear devices, the impact of the harmonic pollution problems could not be underestimated anymore, and it becomes more and more serious. So how to improve the power factor of power electronic devices, reduce the THD of the grid current becomes an urgent problem to be solved. So VIENNA rectifier a high power factor three-level three-switch rectifier has a certain practical significance.

First of all, this paper introduces the development of three-phase rectifier topology, and the commonly used power factor correction circuit. Then it describes the object VIENNA rectifier. Based on the basic working principle of VIENNA rectifier, this paper analyzes the single-phase and three-phase working modes of VIENNA rectifier, and its three-level characteristics. Then, a specific input voltage range of VIENNA rectifier is selected, and the working mode of VIENNA rectifier is analyzed. Then, through the simplification of the VIENNA rectifier, the controlled voltage source model is obtained.

Secondly, the core part of this paper is single cycle control technology. This paper first analyzes the technical principle of single-cycle control, and obtains a simple single-cycle control equation. Then, this paper takes a single-phase single-cycle control APFC as an example to analyze the single-cycle control principle. Finally, through the mathematical model of VIENNA rectifier and the core equation of single cycle control, this paper obtains the single cycle control equation and single cycle control topology of VIENNA rectifier.

Finally, this paper simulates the single-cycle control of VIENNA rectifier and analyzes its input and output characteristics. So it verifies the characteristics of power factor correction, and the advantages of VIENNA rectifier compared with other rectifiers.

Key Words：VIENNA rectifier; one cycle control; power factor correction; simulink simulation

目录

第1章 绪论 1

1.1研究的背景与意义 1

1.2国内外研究现状分析 1

1.3功率因数的定义 7

1.4本文的主要内容 8

第2章 VIENNA整流器 9

2.1单向工作原理 9

2.2三向工作原理 11

2.2.1双向功率开关管 11

2.2.2三相VIENNA整流器 12

2.3 VIENNA整流器数学模型 15

第3章 高功率因数整流的单周期控制策略 18

3.1单周期控制技术原理 18

3.2 APFC单周期控制 20

3.3单周期控制的APFC稳定性 22

3.4 VIENNA整流器单周期控制策略 22

第4章 关键参数的设计 25

4.1VIENNA整流器基本参数设置 25

4.2交流输入电感的设计 25

4.3直流侧电容的设计 27

4.4单周期控制电路参数设计 27

第5章 VIENNA整流器的仿真与分析 29

5.1仿真参数的设置与拓扑结构 29

5.2仿真与结果分析 31

第6章 总结与展望 35

6.1全文总结 35

6.2后续展望 35

参考文献 36

附录A 38

致谢 40

第1章 绪论

1.1研究的背景与意义

近年来，随着电力电子技术的快速成长，电力电子装置在电能变换等领域的广泛应用，给人们的生活及工业生产带来了巨大的便利。但同时，由于电力电子器件给电力系统带来的谐波和无功污染也日趋不容忽视[1]，由此引发了的一系列故障和灾害。因此，电网谐波污染治理的问题亟需解决，成为了人们关注的核心。

电力系统谐波源主要是各类非线性器件，而在这各类由电力电子器件组成的设备中整流设备所占比例最大[2]。目前，常见的整流拓扑多为二极管整流拓扑和晶闸管整流拓扑。这种电路输入的基波电流分量与输入电压基本同步，基波功率因数接近1。但是在其输入电流中，由于非线性器件的存在，谐波比重很大，给电网注入了大量的谐波，造成总的功率因数很低。因此，如何解决整流器带来的谐波问题，成为了整治电网谐波污染问题的一个热点。

抑制电力电子设备产生的谐波污染的常用措施有两种：另一种是被动式的，即在电网谐波产生后，在电网侧对已产生的谐波补偿，从而达到功率因数校正的目的；一种是主动式的，即从源头抑制谐波的产生，对电力电子设备进行功率因数校正，使其功率因数在单位功率因数运行，从根本上消去谐波。