CN111416514A - 一种三相降压pfc电路并联均流控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三相降压功率因数校正电路并联均流控制方法，其控制方法采用多自由度多变量调节方法，无需通信线，不依赖通信，避免了通信中断或通信受到干扰会导致并联均流控制失效的问题，同时该方法属于多自由度多变量可控，在不同负载情况下实现系统稳态和动态性能协同优化控制，具有工程应用价值。

Description

一种三相降压PFC电路并联均流控制方法

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种三相降压PFC电路并联均流控制方法。

背景技术

近年来电力电子技术飞速的发展，已广泛应用到军事工业、电力、通讯等领域。电力电子装置多数通过整流器与电力网接口，早期整流器是由二极管整流桥构成的非线性电路，在电网中产生大量电流谐波污染。抑制电力电子装置产生谐波的方法主要有两种：一是被动方法，即采用无源滤波或有源滤波电路来旁路或滤除谐波；另一种是主动方法，利用全控器件实现谐波抑制和功率因数校正。有源整流器作为功率因数校正方法之一，克服了传统整流器能量单向流动、低功率因数、高谐波含量等缺点，广泛应用于工业领域中。然而传统有源整流器内在的升压能力导致其应用受限，在特定的工业应用领域，如航空电流、数据中心系统中需要降压功率因数校正电路，为了提升系统容量和冗余度，通常采用并联多个三相降压PFC模块，由于模块硬件参数和控制性能的不一致性，并联模块间不可避免的产生环流。利用模块间通信的方式进行均流控制是目前常用的解决方案之一，然而此类基于通信的方式依赖于通信线，一旦通信中断或通信受到干扰会导致并联均流控制失效。下垂控制是常用的无通信线控制方法，广泛应用于电力电子变换器中。然而三相降压PFC(功率因数校正)电路具有自身特点，无法直接将下垂控制应用到系统中，此外，下垂控制属于有差调节，影响系统的控制精度。因此，亟需一种三相降压PFC电路并联均流控制方法。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种控制精度高、多个并联三相降压PFC模块之间无需通讯的一种三相降压PFC电路并联均流控制方法。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种三相降压PFC电路并联均流控制方法，包括以下步骤：

步骤1：采样交流侧输入电流i_a、i_b、i_c；

步骤2：采样电网电压u_a、u_b、u_c，采样直流输出电压u_o；

步骤3：u_a、u_b、u_c经过abc/dq坐标变换输出u_d、u_q作为锁相环输入，锁相环输出相角θ；

步骤4：i_a、i_b、i_c经过Clarke坐标变换得到I_α和I_β；

步骤5：直流给定电压信号

与采样直流输出电压u_o相减，然后减去电流量

最后经过PI控制器得到k_m，PI控制器的传递函数为

其中k_{p_1}比例放大系数，k_{i_1}为积分系数，k_c为调节系数，s是拉普拉斯算子；

步骤6：k_m与锁相环输出相角θ进行三角函数运算得到参考电流

和

其中

和

步骤7：参考电流

和I_α相减后经过PR控制器后，减去I_α经过N(s)/D(s)的输出量，得到调制信号m_α,参考电流

和I_β相减后经过PR控制器后，减去I_β经过N(s)/D(s)输出量，得到调制信号m_β，其中PR控制器的传递函数为

其中k_{p_2}，k_{i_2}，λ₂∈(0,1)为控制系数，ω₀电网电压基波角频率，j为虚部符号，

g为调节系数，λ₁为分数；

步骤8：将m_α和m_β经过空间矢量调制SVPWM后得到驱动信号分别驱动三相降压PFC电路的六个开关管。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

1、本发明的方法无需通信线，不依赖通信，避免了通信中断或通信受到干扰会导致并联均流控制失效的问题。2、本发明的方法属于多自由度多变量可控，在不同负载情况下实现系统稳态和动态性能协同优化控制。

附图说明

图1为一种三相降压PFC电路；

图2是本发明单个三相降压PFC电路控制方法原理图；

图3是本发明n个并联三相降压PFC电路控制方法原理图。

具体实施方式

下面结合附图对发明做进一步详细描述：

本发明提出了一种三相降压PFC电路并联均流控制方法,如图1所示，本发明的三相降压SPF电路包括：包括由六个开关管S₁-S₆组成的可控桥式整流电路，二极管D_F、电感L_dc以及电容C_dc，其中二极管D_F与并联在桥式整流电路输出端，二极管D_F负极经电感L_dc连接电容C_dc一端，电容C_dc另一端连接二极管正极。三相降压SPF电路输入端经电感连接三相电网，输出端连接负载电阻R_L，具体的：三相降压SPF电路的桥式整流电路的3个桥臂输入端分别经三个电感L₁、L₂、L₃连接三相电网，三相电网各相电压分别为u_a、u_b、u_c，在电感L₁、L₂、L₃两端分别并联电容C₁、C₂、C₃，其中电感L₁＝L₂＝L₃，电容C₁＝C₂＝C₃。

图2所示为单个三相降压功率因数校正电路控制方法，采样电网电压u_a、u_b、u_c经过abc/dq坐标变换输出u_d、u_q作为锁相环输入，锁相环输出相角θ；

采样交流侧电流i_a、i_b、i_c经过Clarke坐标变换得到I_α和I_β；

直流给定电压信号

与采样直流电压u_o相减，然后减去电流量

其中k_c为调节系数，最后经过PI控制器得到k_m，PI控制器的传递函数为

其中k_{p_1}比例放大系数，k_{i_1}为积分系数，s是拉普拉斯算子；

k_m与锁相环输出相角θ进行三角函数运算得到参考电流

和

其中

和

参考电流

和I_α相减后经过PR控制器后，减去I_α经过N(s)/D(s)输出量，得到调制信号m_α,参考电流

和I_β相减后经过PR控制器后，减去I_β经过N(s)/D(s)输出量，得到调制信号m_β，其中PR控制器的传递函数为

其中k_{p_2}，k_{i_2}，λ₂∈(0,1)为控制系数，ω₀电网电压基波角频率，

g为调节系数，λ₁为分数；

将m_α和m_β经过空间矢量调制SVPWM后得到驱动信号分别驱动三相降压PFC电路的六个开关管。

图3为n个三相降压功率因数校正电路控制方法原理图，输入和输出分别连接至输入交流母线和输出直流母线，每个电路控制方案与图2方案相同，无需通信线即刻实现系统并联均流控制。

综上，本发明提供了一种三相降压功率因数校正电路并联均流控制方法，无需通信线，不依赖通信，避免了通信中断或通信受到干扰会导致并联均流控制失效的问题，同时多自由度多变量调节功能使得系统在不同负载情况下实现稳态和动态性能协同优化控制。

Claims (1)

1.一种三相降压PFC电路并联均流控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：采样交流侧输入电流i_a、i_b、i_c；

步骤2：采样电网电压u_a、u_b、u_c，采样直流输出电压u_o；

步骤3：u_a、u_b、u_c经过abc/dq坐标变换输出u_d、u_q作为锁相环输入，锁相环输出相角θ；

步骤4：i_a、i_b、i_c经过Clarke坐标变换得到I_α和I_β；

步骤5：直流给定电压信号

与采样直流输出电压u_o相减，然后减去电流量

最后经过PI控制器得到k_m，PI控制器的传递函数为

其中k_{p_1}比例放大系数，k_{i_1}为积分系数，k_c为调节系数，s是拉普拉斯算子；

步骤6：k_m与锁相环输出相角θ进行三角函数运算得到参考电流

和

其中

和

步骤7：参考电流

和I_α相减后经过PR控制器后，减去I_α经过N(s)/D(s)的输出量，得到调制信号m_α,参考电流

和I_β相减后经过PR控制器后，减去I_β经过N(s)/D(s)输出量，得到调制信号m_β，其中PR控制器的传递函数为

其中k_{p_2}，k_{i_2}，λ₂∈(0,1)为控制系数，ω₀电网电压基波角频率，j为虚部符号，

g为调节系数，λ₁为分数；

步骤8：将m_α和m_β经过空间矢量调制SVPWM后得到驱动信号分别驱动三相降压PFC电路的六个开关管。

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