CN105141122B - 一种矩阵整流器网侧功率因数校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种矩阵整流器的网侧功率因数校正方法，该方法在保证直流输出电压稳定的前提下校正网侧功率因数角，该改变网侧功率因数的方法通过改变矩阵整流器主电路功率因数角，计算开关矢量的时间和分配脉冲控制矩阵整流器主电路的双向开关的关断，以保证网侧单位功率因数。
Description
技术领域
本发明及电力电子技术领域，具体涉及一种应用于矩阵式整流器网侧功率因数校正的方法。
背景技术
矩阵整流器是一种通用的降压型三相AC-DC变换器，能够实现真正的四象限运行，正弦输入电流和功率因数可调等，可以产生幅值可调、极性可调的直流电压源，应用范围比较广泛。由于矩阵整流器的输入滤波器会使输入电流和输入电压之间产生相位差，造成输入功率因数的降低，特别是当矩阵整流器工作在轻载或者空载状态下时，这种影响会变得尤其显著。
目前常规对网侧功率补偿是直接补偿，即考虑输入滤波器影响的情况下推导得到实际的网侧功率因数角与滤波之后功率因数之间的关系。该方法虽然能够有效补偿由滤波器所引起的相位差，但需要获得输入滤波器电容和电感等参数以及电网侧电压、电流的幅值以及相位角的精确值，对内参数的扰动敏感，鲁棒性较差。
发明内容
为避免传统方法之中需要采集输入滤波器参数等精确数值来对矩阵整流器进行补偿，本发明提供一种矩阵整流器网侧功率因数的校正方法，包括以下步骤：S1、预设电压调制系数；S2、通过步骤S1预设的所述电压调制系数计算出矩阵整流器主电路功率因数角；S3、将步骤S1所述的电压调制系数与步骤S2所述的矩阵整流器主电路功率因数角代入空间矢量调制算法，获得占空比；
S4、根据步骤S3获得的所述占空比控制矩阵整流器双向开关的触发脉冲，以使得矩阵整流器双向开关工作在预定状态下。
本发明的矩阵整流器网侧功率因数的校正方法容易校正矩阵整流器网侧功率因数。
附图说明
图1为本发明的一种矩阵整流器网侧功率因数校正方法的流程框图；
图2为图1所示的矩阵整流器拓扑结构的一个实施例；
图3为一个实施例的输入相电流空间矢量图及目标电流矢量的合成示意图；
图4为一个实施例中的dq变换坐标系；
图5为一个实施例中的矩阵整流器电路系统的等效dq模型。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的工作原理作具体的描述。
如图1所示，本发明的一种矩阵整流器网侧功率因数的校正方法，包括以下步骤：S1、预设电压调制系数；S2、通过步骤S1预设的所述电压调制系数计算出矩阵整流器主电路功率因数角；S3、将步骤S1所述的电压调制系数与步骤S2所述的矩阵整流器主电路功率因数角代入空间矢量调制算法，获得占空比；S4、根据步骤S3获得的所述占空比控制矩阵整流器双向开关的触发脉冲，以使得矩阵整流器双向开关工作在预定状态下。
一个实施例中的矩阵整流器拓扑图如图2所示，它由5部分组成：第Ⅰ部分为网侧输入电压(ua、ub、uc；相应的输入电流为ia、ib、ic)；第Ⅱ部分为输入滤波器(Ci、Li)，第Ⅲ部分为由6个双向开关组成的主电路(S11、S12、S13、S21、S22、S23)；第Ⅳ部分为输出滤波器(Co、Lo)；第Ⅴ部分为负载(RL)。
假设网侧输入电压为正序，矩阵整流器需要满足三相输入电压任意两相不能短路和输出电流不能断路的要求，共有9种开关组合，如表1所示：
表1 输入电压正相序时电流空间矢量
表1中前6种是有效矢量，后3种是零矢量。在一个PWM开关周期内，有效矢量按照要求作用一段时间为输出提供电压，剩下的时间为零矢量作用时间，没有电压输出，只提供负载续流。
结合图3，矩阵整流器输入电流空间矢量由输入电流进行矢量合成，在复平面内以电网电压频率ω匀速转动，其目标电流矢量Iref＝Iim×ejωt(Iim也为输入电流空间矢量的模)。图3中Ⅰ～Ⅵ代表6个输入电流扇区，它按照相电压的过零点进行划分输入电压区间，并进行电流矢量的选择。如图3，假设在某一时刻需要合成的电流矢量为Iref，它由相邻的两个电流矢量合成，其中，相位超前的一个为Iα，相位滞后的一个为Iβ，Iα与Iβ的夹角为θ，且θ∈[0,60°]。将Iα和Iβ进行PWM合成，将能得到目标电流矢量Iref。
上述控制方法中的θ是由检测网侧电压矢量通过克拉克变换后得到。
在实现输入电流和输出电流调节的同时，还要保证输出直流不能断续。因此，在通过和合成的同时，还需要一个电流零矢量I0，合成公式如下：
式中Ts为一个PWM调节周期的时间，Tα(θ)、Tβ(θ)和T0(θ)分别为一个PWM调节周期内Iα、Iβ和I0三个电流矢量的作用时间，其占空比函数分别为：
上式中，dα(θ)、dβ(θ)和d0(θ)分别为Iα、Iβ和I0的占空比函数，m∈[0,1]，且m为预设值，m＝0.5。为矩阵整流器主电路功率因数角，其大小由确定。最后，把占空比送到脉冲分配及驱动电路单元，输出相应脉冲信号，使得矩阵整流器双向开关工作在网侧单位功率因数的状态下。
以下以数学公式解释本发明内容：
如图4所示，经过dq变换后，为d轴和a轴的初始夹角。如图5所示，此时，网侧无功功率为Qs＝usqisd-usdisq，
其中，usd、usq为dq旋转坐标下网侧电压分量，isd、isq为dq旋转坐标下网侧电流分量，Vim为网侧输入电压幅值。此时，当usq＝0时，且(1-ω2LiCi)≈1，有令isq＝0，得
此时，Qs＝usqisd-usdisq＝0。即当矩阵整流器主电路功率因数角时，网侧无功功率Qs＝0，从而保证恒定。
Claims (3)
1.一种矩阵整流器的网侧功率因数校正方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、预设电压调制系数，所述预设电压调制系数的预设值为0.5；
S2、通过步骤S1预设的所述电压调制系数计算出矩阵整流器主电路功率因数角，利用公式如下：
其中，为矩阵整流器主电路功率因数角，m为电压调制系数，ω为电网电压频率，RL为负载值，Ci为输入滤波器电容值；
S3、将步骤S1所述的电压调制系数与步骤S2所述的矩阵整流器主电路功率因数角代入空间矢量调制算法，获得占空比；
S4、根据步骤S3获得的所述占空比控制矩阵整流器双向开关的触发脉冲，以使得矩阵整流器双向开关工作在预定状态下,所述预定状态是指网侧无功功率为0。
2.根据权利要求1所述的矩阵整流器的网侧功率因数校正方法，其特征在于，
在步骤S3，其中，设定Iref为目标电流矢量，设定Iref由相邻的两个电流矢量Iα和Iβ进行PWM矢量合成，θ为Iα和Iβ的夹角，且θ∈[0,60°]，合成公式如下：
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式中，I0为电流零矢量，Ts为一个PWM调节周期的时间，Tα(θ)、Tβ(θ)和T0(θ)分别为一个PWM调节周期内Iα、Iβ和I0三个电流矢量的作用时间，利用公式如下：
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上式中，dα(θ)、dβ(θ)和d0(θ)分别为Iα、Iβ和I0的占空比函数。
3.根据权利要求2所述的矩阵整流器的网侧功率因数校正方法，其特征在于，所述θ由检测网侧电压矢量通过克拉克变换后得到。
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