VIENNA整流器的设计与优化

刘 源 ，梅 烨 ，曹丰文 ，李武华 ，何湘宁

（1.浙江大学电气工程学院，杭州 310027；2.苏州职业大学电子信息工程系，苏州 215104）

为了满足日益增长的用电需求并且适应复杂多变的用电场合，大量的电力电子装置获得了广泛的应用[1]。为了解决电网三相交流供电与大量电子设备直流供电之间的矛盾，三相AC/DC整流器成为很多用电场合下电力电子设备中不可或缺的电气环节[2]。传统二极管整流器和相控整流器的网侧输入电流含有大量低次谐波，是电网谐波的最主要来源。有资料表明[3]，在电力用户中，最大谐波源为电力电子装置用户的占比为90%，而其中最大谐波源为整流器的用户占89%。大量低次谐波造成了电网电能质量下降，进一步影响电网稳定性。所以，降低三相AC/DC整流器的输入电流谐波含量具有重要意义。

抑制三相AC/DC整流器输入电流谐波的一种方法是用普通桥式PWM整流器代替传统整流器。与传统整流器相比，PWM整流器具有网侧输入电流谐波含量低的特点，能够实现单位功率因数运行且直流侧电压可控。但其主要缺点是需要较多功率开关器件，尤其是在实现更多电平输出的情况下所需功率器件更多。针对此问题，Kolar教授于1994年提出了VIENNA整流器[4]，VIENNA整流器进一步减小了功率开关数量，提高了功率密度，同时对大多现有的功率因数校正PFC（power factor correction）控制方法有良好适应性[5-7]。VIENNA整流器是基于三电平拓扑，具有开关应力小、输入电流总谐波失真度 THD（total harmonic distortion）低、结构简单等优点，广泛应用于微网、风能发电、功率因数校正和有源滤波器等场合[8-11]。……