输入电压不平衡时三相PFC整流器改进单周期控制策略研究

三相PFC变换器的单周期控制因其控制简单,无需乘法器及采样输入电压受到广泛重视。当输入不平衡时,三相PFC整流器直流侧输出电压将产生两倍于输入电源频率的脉动,该脉动信号经过传统单周期控制环路作用最终导致变换器输入电流产生较大幅值的三次谐波分量,影响输入电流品质。文章通过详细分析输入不平衡时,单周期控制的三相PFC整流器输入输出特性,提出在传统单周期控制策略中引入谐振控制器,从而可以有效抑制输入不平衡引起的单周期控制的三相PFC整流器输入电流中的三次谐波分量,进而大大改善输入电流品质。本文给出了谐振控制器的设计方法,建立了新的控制策略下的系统传递函数并分析了满足系统稳定性要求的设计准则。最后通过仿真与实验验证了所提出的改进单周期控制策略对于输入不平衡时,改善三相PFC输入电流品质的有效性。     

单周控制的三相高功率因数整流器的仿真研究

分析了单周期控制的三相升压整流器的工作原理,提出了一种通用的单周期控制的三相PFC控制器,该控制器不需要乘法器,更不需要对电源电压进行检测,其控制逻辑非常简单并以恒定频率工作,控制方法简单、可靠,能够在每一开关周期抑制输入电压的波动并且控制输入平均电流跟踪输入相电压且不受负载电流的约束,即使负载电流有很大的谐波也不会使输入电流发生畸变。而且在任意时刻只有两个开关管工作在高频状态,减少了开关损耗,提高了系统的效率。完成了7kW三相高功率因数整流器的设计与仿真研究,仿真结果表明系统的功率因数可达0．998,从而实现了单位功率因数校正和低电流畸变。     

三相四桥臂整流器的单周期控制

三相电压型PWM整流器可以减小输入电流谐波含量,提高系统功率因数。在一些需要采用3P4W连接方式的场合里,三相四桥臂整流电路是常见的3P4W系统拓扑中的一种。PFC电路的单周期控制因其控制简单,无需乘法器及采样输入电压得到广泛研究。此外,单周期控制方案在不同电路拓扑中的扩展应用是其重要研究方向之一。本文推导了三相四桥臂整流器的单周期控制理论依据,分析了采用传统的单边沿脉宽调制方案的整流器工作模态以及对输入电流的影响,揭示了在传统的单边沿脉宽调制方式下,整流器输入电流含有较大幅值的直流分量且该直流分量与整流器的开关周期成正比,与输入滤波电感成反比。提出采用关于x轴对称的双边沿脉宽调制方案,新的控制方法可以有效的抑制单周期控制的三相四桥臂整流器输入电流直流分量,从而大幅改善输入电流波形质量。系统仿真与实验验证了理论分析的正确性。     

一种三相线电压级联单位功率因数整流器负载不均衡特性分析及电压均衡控制策略

该文对一种由三个三相单开关整流器线电压级联构成的三相单位功率因数整流器的负载不均衡特性和输出电压均衡控制策略进行分析和研究,首先详细阐述此类整流器在三个直流侧负载不均衡时,交流输入端电流能自动保持均衡的独特特性及相应工作机理;然后研究系统整体分层控制策略。在传统的基于电压外环PI控制、电流内环PR控制的上层控制基础上,针对各整流模块参数不一致及负载功率不一致引起的各模块输出电压不均衡问题,通过加入偏差因子调制波补偿的底层控制,实现了对每个模块输出功率的独立调节,进而实现了各整流模块输出电压的均衡控制。仿真和实验结果验证了所研究拓扑结构的优越性和控制策略的可行性。     

基于单周期控制的高功率因数整流器在不平衡系统下的特性

在飞机电气系统中，随着电力电子装置的广泛应用，交流供电系统的电能质量问题受到越来越多的关注。对于三相三开关高功率因数整流器来说，单周期控制是一种可靠简单的非线性大信号控制方式，该文研究了在飞机三相电源不平衡情况下的单周期控制高功率因数整流器的工作特性。仿真分析和试验结果都表明单周期控制在飞机三相电网平衡与不平衡条件下能够实现输入电流低失真度以及交流侧高功率因数，这对于单周期控制技术在飞机电气系统中的推广应用具有重要意义。     

非正常工况下矩阵整流器的前馈模糊补偿控制

在分析了三相输入电压正常工况下矩阵整流器的输入电流空间矢量调制算法后,针对输入电压在非正常工况下将会对输出直流电压波形产生影响的问题,提出一种带前馈模糊补偿控制策略的输入电流空间矢量调制算法,通过检测和实时计算电压矢量的模并与正常值进行比较,采用模糊控制动态调整当前控制周期的调制系数,保证输出电压的稳定。详细介绍了该补偿策略的工作原理,建立仿真模型和研制试验样机,仿真和实验结果验证了补偿控制策略的可行性和有效性。     

基于单周期控制的三相三开关PFC整流器的分析与设计

分析研究了一种基于单周期控制的三相三开关功率因数校正(PFC)整流器。针对传统的单周期控制下输入电流平均值畸变问题,提出了一种改进的PWM调制方法,通过改变比较器的调制波信号,消除传统单周期控制方法所带来的输入平均电流中的奇次谐波,详细阐述了其工作原理和控制方法。仿真和实验结果表明,本文所提出的控制方法使得三相输入电流的谐波分量明显降低,功率因数得到显著提高。     

单周期控制三相PWM整流器在不对称电网下的研究

传统的矢量模式单周期控制三相PWM整流器是基于对称电网系统下研究的,功率因数约为1,输入谐波低,且与双极型单周期控制相比,具有更低的开关损耗。当三相电网不对称时,三相输入电流跟踪电网电压的非零序分量,采用传统电网电压选择矢量区间不能保证三相PWM整流器具有较低的开关损耗,且在电网极端缺相故障时,系统不能正常工作。本文采用电网电压非零序分量选择矢量区间,并对矢量区间状态进行分析比较,结果证明所采取的方法能保证系统在任何情况下开关损耗最低。最后对三相PWM整流器工作于不对称电网情况下进行了仿真研究,仿真结果表明采用电网电压非零序分量选择矢量区间能保证电网电压在缺相故障时系统仍能正常工作,并且所采用的单周期控制同时满足对称电网系统。     

三相四线制VIENNA整流器改进单周期控制的仿真研究

三电平VIENNA整流器因三相输入不平衡会给输入电流带来谐波污染,输出电容中点电位也存在波动。针对这一问题提出了采用单周期控制的三相四线制整流器,并对其工作原理进行深入研究。分析了采用单周期控制单边沿调制方式对输入电流的不利影响,揭示了整流器输入电流谐波含量与滤波电感、开关频率成反比。在此基础上,提出了三角载波的双边沿调制方式,改进的单周期控制可以使电感电流在上升和下降阶段都得到调制,从而有效抑制单边沿调制带来的低频奇次谐波,改善了输入电流的质量。仿真实验的结果证明了该理论分析的正确性,验证了改进单周期控制的可行性。     

单周控制三相六开关高功率因数整流器的研究

研究了基于单周期控制的三相六开关高功率因数整流器,推导了三相六开关升压整流器的控制规律,设计了一种基于单周期控制技术的PFC控制器,完成了2kW三相高功率因数整流器的设计与试验。试验结果表明,该系统的功率因数可达0.991,实现了单位功率因数校正和低电流畸变。     

单周期控制的三相PWM整流器的动态特性研究

分析了在单周期控制条件下三相高功率因数整流器的工作原理,并推导了三相PWM整流器的开关数学模型和等效控制方程。在建立此模型的基础上,基于庞加莱映射推导了三相PWM整流器工作时的稳定性条件及动态特性。应用仿真软件Saber在以上理论分析基础上完成了功率因数校正变换器建模与数字仿真,并进行了2kW三相PWM整流器的试验研究,详细研究了系统在负载变化或输入电压扰动等动态情况下的稳定性和动态特性,仿真和试验结果验证了理论分析的正确性。     

三相电压型PWM整流器的一种改进前馈控制策略

针对三相电压型PWM整流器受到负载扰动和电网波动的影响较大问题,在分析其数学模型的基础上,根据输入输出之间的功率平衡关系,提出了一种改进的前馈控制策略。前馈信号同时包含了电网电压和负载的信息,通过快速调节交流侧进线电流,使得系统功率平衡得以维持。在所搭建的实验室平台上做了相应的模拟实验,验证了控制策略的有效性,提高了系统对负栽扰动和电网波动的抗干扰能力。     

三相电压型PWM整流器不平衡控制虚拟导纳法

输入电压不平衡会导致三相电压型PWM整流器谐波增加、损耗增大,严重时可以烧坏整流器。针对传统的解决方案结构较复杂、运算量大,提出虚拟导纳控制法。根据三相电压型PWM整流器不平衡时瞬时功率平衡理论,找到虚拟导纳这一核心控制量,引入可实现电流无静差控制的广义积分器,形成两相静止坐标系下电流控制简化方法,由此设计了虚拟导纳控制系统。通过Matlab仿真和实验验证表明该控制方法不仅性能稳定,实现三相电压不平衡时电压无波纹控制和实时可控的功率因数,而且不需要对正负序电流进行独立检测,提高了系统的快速性。引入的广义积分器具有的简单离散迭代算法也大幅减少了计算量。     

基于滞环控制的高功率因数VIENNA整流电路的研究

针对三相VIENNA整流器谐波畸变率高、功率因数低等问题,本研究以三相VIENNA整流器为研究对象,研究了拓扑结构、基本工作模态、功率因数、控制方法、仿真等。采用电压外环电流内环的滞环控制策略,并通过MATLAB/Simulink仿真软件进行开环以及闭环的模拟仿真,通过仿真的对比和试验,结果表明:使用滞环控制策略的三相VIENNA整流器可以满足直流侧稳压输出和功率因数校正等要求,同时也降低了交流侧输入电流的谐波含量。     

三相PWM整流器直接功率控制研究

进行了三相电压型整流器(VSR)瞬时有功功率和瞬时无功功率的控制来达到对系统输入电流和输出电压控制的原理分析,提出了基于滑模变结构的空间电压矢量调制的直接功率控制策略,建立了直接功率控制系统Simulink模型,完成了实例仿真.仿真结果表明,使用该控制策略的三相PWM整流器具有更快的响应速度和更好的鲁棒性.     

三相电压型PWM整流器的无源性功率控制

根据电压型PWM整流器主电路结构,建立了整流器在两相同步旋转dq坐标系中的功率EL (Euler-Lagrange)数学模型。基于整流器的无源性,采用新的阻尼注入方法设计无源功率控制器。该无源功率控制器使整流器实现功率解耦控制,具有更好动静性能,优于现行的其它功率控制策略。特别是在负载扰动的情况下,应能保持功率快速响应、直流输出电压几乎不变的特性。仿真实验证明了新的整流器无源功率控制器设计方法的可行性。     

矩阵整流器功率特性研究

首先利用电路dq转换技术,基于电流空间相量算法推导了一种三相AC-DC MC,即矩阵整流器系统的完整dq变换模型,在此基础上进行了较为系统和全面的性能分析,包括功率特性分析,如电压利用率、输出电压极性、输入功率因数、有功功率、无功功率以及视在功率等性能指标,并绘制成图加以比较分析,便于对该变换器性能的认识.分析认为,该变换器是一种柔性的四象限三相AC-DC变换器,其特征为:①输出直流电压在负的最大值到正的最大值之间连续可调,最大值为输入相电压幅值的1.5倍,并依赖于输入电流位移和负载电阻;②功率开关电路部分等效成一个理想的变压器,能够调压和调流,同时能够进行前后级阻抗变换;③输入端有功功率、无功功率和输入功率因数都与输入电流调制度、输入滤波器参数、输入电流位移和负载电阻大小有关;④无功功率的调节能力依赖于有功功率的调节.还分析了单位输入功率因数的运行条件,划分了矩阵整流器四象限工作制及功率特性.     

基于低开关损耗新型滞环PWM整流器研究

针对三相高功率因数整流器的控制要求和实际工程条件,进行了基于低开关损耗的三相PWM整流器研究,系统采用了负载电流前馈的电流滞环控制策略.该系统不仅改进了传统滞环控制策略带来的高开关频率的问题,更引入了负载电流前馈控制,使得系统对于外环的PI参数有着较传统滞环PWM整流器更低的依赖性,在三相电网不平衡的条件下也表现更好的运行特性.仿真波形和实验数据都验证了该控制方法的有效性以及对PI调节参数的低依赖性.