Modulation Method for Vienna Rectifier in Dual Load Mode

JIANG Weidong; ZHANG Qingyan; LIU Shengyu; WANG Jinping; LU Mengmeng

doi:10.7500/AEPS20230324002

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Modulation Method for Vienna Rectifier in Dual Load Mode

Application Research | 更新时间：2025-06-16

- Modulation Method for Vienna Rectifier in Dual Load Mode
- Automation of Electric Power Systems Vol. 47, Issue 17, Pages: 160-168(2023)
- 作者机构：
  
  合肥工业大学电气与自动化工程学院，安徽省合肥市 230009
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52077050)
- DOI：10.7500/AEPS20230324002
  CLC：
- Received：24 March 2023，
  
  Revised：2023-06-10，
  
  Published Online：01 August 2023，
  
  Published：10 September 2023
- 稿件说明：
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姜卫东,张庆岩,刘圣宇等.适用于双负载模式的Vienna整流器调制方法[J].电力系统自动化,2023,47(17):160-168.

JIANG Weidong,ZHANG Qingyan,LIU Shengyu,et al.Modulation Method for Vienna Rectifier in Dual Load Mode[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(17):160-168.
姜卫东,张庆岩,刘圣宇等.适用于双负载模式的Vienna整流器调制方法[J].电力系统自动化,2023,47(17):160-168. DOI： 10.7500/AEPS20230324002.

JIANG Weidong,ZHANG Qingyan,LIU Shengyu,et al.Modulation Method for Vienna Rectifier in Dual Load Mode[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(17):160-168. DOI： 10.7500/AEPS20230324002.

摘要

在工程应用中，Vienna整流器常处于双负载模式给串联电池组充电以提高效率和降低成本，此时，上、下直流侧的输出电压和功率不再相等，矢量的合成变得非常复杂。文中从载波的角度进行分析，通过注入零序电压实现了上、下直流侧输出功率的解耦和中点电压的主动控制，简化了计算过程。基于Vienna整流器拓扑的输出电平约束和调制约束分析了零序电压的约束条件，并基于上述约束条件给出了不同运行状态下Vienna整流器的上、下直流侧可输出的极限功率，为工程参数设计提供参考。此外，分析了双负载运行状态下Vienna整流器的电流过零畸变问题，提出了抑制电流过零畸变的方法，并直接给出了三相调制电压。实验结果验证了理论分析的正确性和所提方法的优越性。

Abstract

In engineering applications

Vienna rectifiers are often in a dual load mode to charge series battery packs to improve efficiency and reduce costs. In these situations

the output voltage and power on the upper and lower DC sides will be no longer equal

and the composition of vectors will become very complex. In this paper

the analysis is conducted from the perspective of the carrier

and the zero sequence voltage is injected to decouple the output power on the upper and lower DC sides and actively control the neutral point voltage

which simplifies the calculation process. The constraints of zero sequence voltage are analyzed based on the output level constraints and modulation constraints of the Vienna rectifier topology. Based on the above constraints

the extreme output power on the upper and lower DC sides of the Vienna rectifier in different operation states is given

which can provide a reference for parameter design in engineering. In addition

the problem of current zero-crossing distortion in the Vienna rectifier under the dual load operation condition is analyzed

and a method for suppressing current zero-crossing distortion is proposed. The three-phase modulation voltages are directly provided. The correctness of the theoretical analysis and the superiority of the proposed method are verified by experimental results.

关键词

Keywords

references

KOLAR J W ， ERTL H ， ZACH F C . Design and experimental investigation of a three-phase high power density high efficiency unity power factor PWM （VIENNA） rectifier employing a novel integrated power semiconductor module ［C］// Proceedings of Applied Power Electronics Conference ， March 3-7 ， 1996 ， San Jose， USA ： 514 - 523 .

周汉斌，杨建，黄连生，等 . 基于有限状态机的三电平逆变器双矢量模型预测控制策略［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 11 ）： 155 - 164 .

ZHOU Hanbin ， YANG Jian ， HUANG Liansheng ， et al . Double-vector model predictive control strategy of three-level inverter based on finite state machine ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 11 ）： 155 - 164 .

周冠卿，张国荣，解润生，等 . 改进的三电平逆变器变虚拟空间矢量调制策略［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 1 ）： 172 - 182 .

ZHOU Guanqing ， ZHANG Guorong ， XIE Runsheng ， et al . Improved variable virtual-space-vector modulation strategy for three-level inverter ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 1 ）： 172 - 182 .

邱继浪，何英杰，焦乾明，等 . 非隔离型三电平逆变器漏电流抑制与中点电位平衡控制［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 17 ）： 161 - 170 .

QIU Jilang ， HE Yingjie ， JIAO Qianming ， et al . Leakage current suppression and balance control of neutral point potential for three-level transformerless inverter ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 17 ）： 161 - 170 .

ZHANG Q Y ， LIU F ， JIANG W D ， et al . A novel modulation method based on model prediction control with significantly reduced switching loss and current zero-crossing distortion for Vienna rectifier ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2023 ， 38 （ 2 ）： 1650 - 1661 .

邹宇航，张犁，赵瑞，等 . 三相Vienna整流器的不连续空间矢量脉宽调制及电压谐波分析方法［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 24 ）： 8123 - 8130 .

ZOU Yuhang ， ZHANG Li ， ZHAO Rui ， et al . Discontinuous pulse width modulation and voltage harmonic analysis method for three-phase Vienna-type rectifiers ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 24 ）： 8123 - 8130 .

郝振洋，徐子梁，陈宇，等 . 航空Vienna整流器故障诊断与容错控制［J］. 电工技术学报， 2020 ， 35 （ 24 ）： 5152 - 5163 .

HAO Zhenyang ， XU Ziliang ， CHEN Yu ， et al . Fault diagnosis and fault tolerant control for aviation Vienna rectifier ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2020 ， 35 （ 24 ）： 5152 - 5163 .

张永昌，屈祈延，杨海涛 . 基于空间矢量调制的Vienna整流器无模型预测电流控制［J］. 电工技术学报， 2022 ， 37 （ 21 ）： 5541 - 5547 .

ZHANG Yongchang ， QU Qiyan ， YANG Haitao . Model free predictive current control of Vienna rectifier based on space vector modulation ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2022 ， 37 （ 21 ）： 5541 - 5547 .

陈杰，沈禹廷，沈佳茜，等 . 三相VIENNA整流器的混合空间矢量脉宽调制策略［J］. 电工技术学报， 2021 ， 36 （增刊2 ）： 665 - 675 .

CHEN Jie ， SHEN Yuting ， SHEN Jiaqian ， et al . Hybrid space vector pulse width modulation strategy for three-phase VIENNA rectifier ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2021 ， 36 （ Supplement 2 ）： 665 - 675 .

DING W L ， QIU H ， DUAN B ， et al . A novel segmented component injection scheme to minimize the oscillation of DC-link voltage under balanced and unbalanced conditions for Vienna rectifier ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2019 ， 34 （ 10 ）： 9536 - 9551 .

HANG L J ， LI B ， ZHANG M ， et al . Equivalence of SVM and carrier-based PWM in three-phase/wire/level Vienna rectifier and capability of unbalanced-load control ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2014 ， 61 （ 1 ）： 20 - 28 .

LAI R X ， WANG F ， BURGOS R ， et al . Average modeling and control design for VIENNA-type rectifiers considering the DC-link voltage balance ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2009 ， 24 （ 11 ）： 2509 - 2522 .

ZHOU K L ， WANG D W . Relationship between space-vector modulation and three-phase carrier-based PWM： a comprehensive analysis［three-phase inverters］［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2002 ， 49 （ 1 ）： 186 - 196 .

MING Y ， ZHANG L ， ZOU Y H ， et al . A hybrid carrier-based DPWM with controllable NP voltage for three-phase Vienna rectifiers ［J］. IEEE Transactions on Transportation Electrification ， 2022 ， 8 （ 2 ）： 1874 - 1884 .

DING W L ， ZHANG C H ， GAO F ， et al . A zero-sequence component injection modulation method with compensation for current harmonic mitigation of a Vienna rectifier ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2019 ， 34 （ 1 ）： 801 - 814 .

PARK J H ， LEE J S ， LEE K B . Sinusoidal harmonic voltage injection PWM method for Vienna rectifier with an LCL filter ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2021 ， 36 （ 3 ）： 2875 - 2888 .

LEE J S ， LEE K B . A novel carrier-based PWM method for Vienna rectifier with a variable power factor ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2016 ， 63 （ 1 ）： 3 - 12 .

LEE J S ， LEE K B . Carrier-based discontinuous PWM method for Vienna rectifiers ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2015 ， 30 （ 6 ）： 2896 - 2900 .

ZHU W J ， CHEN C S ， DUAN S X ， et al . A carrier-based discontinuous PWM method with varying clamped area for Vienna rectifier ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2019 ， 66 （ 9 ）： 7177 - 7188 .

YANG S ， PARK J H ， LEE K B . A carrier-based PWM with synchronous switching technique for a Vienna rectifier ［C］// 2016 IEEE International Conference on Power and Energy （PECon）， November 28-29 ， 2016 ， Melaka， Malaysia ： 728 - 733 .

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