一种单位功率因数整流器的控制策略、装置和计算机设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种单位功率因数整流器的控制策略、装置和计算机设备，属于电力电子研究领域，该控制策略在不增加单位功率因数整流器开关数量的基础上，减小直流侧电压波动。由于该控制策略可以有效减小直流侧电压波动，因此可以在开关管承受相同的电压应力的情况下，使直流侧采用更小的电容，即降低了成本和体积，又延长了整流器的使用寿命。又延长了整流器的使用寿命。又延长了整流器的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种单位功率因数整流器的控制策略、装置和计算机设备


[0001]本专利技术属于电力电子变换器
，具体涉及一种单位功率因数整流器的控制策略、装置和计算机设备。

技术介绍

[0002]随着工业的发展和科技的进步，人们对于环境污染问题的重视程度也越来越高。为了解决新能源并网的问题，大量的电力电子装置被投入电网，但同时也带来一系列的问题，如造成电能质量的下降、系统可靠性降低、占地面积增大等等。因此，提高电力电子装置的功率密度和减小电力电子装置带来的谐波污染，成为目前电力电子行业研究的重要方向。
[0003]传统的单位功率因数整流器的直流侧电压波动率大，导致所需开关管耐压高，增加了成本。若采用无源滤波的方式减小直流侧电压波动，需在直流侧并联大电容，增加了装置体积；且直流侧电容需采用容值较大的电解电容，电解电容的使用寿命较短，可靠性较低。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种具有动态平波功能的单位功率因数整流器的控制策略、装置和计算机设备，该控制策略在采用较小的直流侧电容的情况下，可减小单位功率因数整流器的直流侧电压波动。
[0005]为达到上述目的，本专利技术所述一种单位功率因数整流器的控制策略，通过控制单位功率因数整流器第一桥臂中的开关S1、开关S2以及第二桥臂中的开关S3和开关S4，使得单位功率因数整流器中的电容C1和C2电压交流分量的方向相反，降低单位功率因数整流器直流侧电压波动。
[0006]进一步的，第一桥臂中的开关S1、开关S2的控制信号的生成方法为：
>[0007]SA1、测量总直流侧电压，再将其与直流侧电压给定值作比较，将得到的误差信号作为第一PI控制器的输入，第一PI控制器的输出为波动功率的峰值，根据波动功率的峰值得到交流侧电流的峰值；
[0008]SA2、实时跟踪交流侧电压的相位，经过正弦运算后与交流侧电流峰值相乘，得到连接电抗电流的参考值；
[0009]SA3、测量连接电抗电流，再将其与连接电抗电流的参考值作比较，得到的误差信号作为第一PR控制器的输入，第一PR控制器的输出叠加第二PR控制器的输出即为第一桥臂的调制波，将第一桥臂的调制波与三角载波进行比较，生成控制开关S1和开关S2的控制信号g1和g2；
[0010]第二桥臂中的开关S3和开关S4的控制信号的生成方法为：
[0011]SB1、测量解耦电感上流过的电流，再将其与解耦电感电流参考值作比较，得到的误差信号作为第二PR控制器的输入，第二PR控制器的输出一方面作为第一桥臂的调制波的
组成部分，另一方面作为第二桥臂的调制波的组成部分；
[0012]SB2、测量并比较电容C1两端的电压和电容C2两端的电压，将得到的误差信号作为第二PI控制器的输入，第二PI控制器的输出叠加第二PR控制器的输出得到第二桥臂的调制波；将第二桥臂的调制波与三角载波进行比较，生成控制开关S3和开关S4的控制信号g3和g4。
[0013]进一步的，SA1中，交流侧电流的峰值I
s
经公式I
s
＝2P
r
/U
s
计算得到，其中，U
S
为交流侧电压的峰值，P
r
为波动功率的峰值。
[0014]进一步的，SA2中，利用锁相环实时跟踪交流侧电压的相位。
[0015]进一步的，SA3中，第一桥臂的调制波与三角载波进行比较的方法为：当第一桥臂的调制波大于三角载波时，输出的控制信号g1＝1,g2＝0，使得开关管S1导通，开关管S2关断；当调制波小于三角载波时，输出的控制信号g1＝0,g2＝1，使得开关管S2导通，开关管S1关断。
[0016]进一步的，SB2中，第二桥臂的调制波与三角载波进行比较的方法为：将第二桥臂的调制波与三角载波进行比较，当第二桥臂的调制波大于三角载波时，输出的控制信号g3＝1,g4＝0，使得开关管S3导通，开关管S4关断；当二桥臂的调制波小于三角载波时，输出的控制信号g3＝0,g4＝1，使得开关管S4导通，开关管S3关断。
[0017]进一步的，SB1中，解耦电感电流参考值由交流侧电压的角频率、直流侧电容值和交流侧电压的相位计算得到。
[0018]进一步的，SB1中，解耦电感电流参考值根据下式计算：
[0019][0020]其中，ω为交流侧电压的角频率，C为直流侧电容值。
[0021]一种单位功率因数整流器的控制装置，包括电连接的采集模块和处理模块；所述采集模块用于采集输入数据，所述输入数据包括总直流侧电压、直流侧电压给定值、交流侧电压、解耦电感上流过的电流以及两个电容两端的电压；并将采集的输入数据传递至处理模块；处理模块用于根据输入数据输出用于控制单位功率因数整流器中的开关管的控制信号。
[0022]一种计算机设备，包括电连接的存储器和处理器，所述存储器上存储有可在处理器上运行的计算程序，所述处理器执行所述计算程序时，实现上述的方法的步骤。
[0023]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益的技术效果：
[0024]本专利技术通过控制开关管S1、开关管S2、开关管S3和开关管S4的通断来控制直流侧电容C1和C2上的电压，使得直流侧电容C1和C2上的电压始终保持相位互差180
°
，从而使得两电容电压之和即直流母线电压最小。可将直流侧波动功率转移到有源功率解耦电路，直流侧的电解电容可用薄膜电容来替代，既减少了成本和体积，又提高了电力电子装置的可靠性。
[0025]本专利技术的控制策略可以在不增加单位功率因数整流器开关数量的基础上，减小直流侧电压波动。由于该控制策略可以有效减小直流侧电压波动，因此可以在开关管承受相同的电压应力的情况下，使直流侧采用更小的电容，即降低了成本和体积，又延长了整流器的使用寿命。
附图说明
[0026]图1为本专利技术所应用的单位功率因数整流器拓扑；
[0027]图2为本专利技术的总体控制框图；
[0028]图3a为本专利技术在整流工况下的电流流通路径一；
[0029]图3b为本专利技术在整流工况下的电流流通路径二；
[0030]图3c为本专利技术在整流工况下的电流流通路径三；
[0031]图3d为本专利技术在整流工况下的电流流通路径四；
[0032]图4a为本专利技术在动态平波工况下的电流流通路径一；
[0033]图4b为本专利技术在动态平波工况下的电流流通路径二；
[0034]图4c为本专利技术在动态平波工况下的电流流通路径三；
[0035]图4d为本专利技术在动态平波工况下的电流流通路径四。
[0036]图5a为本专利技术的实际电流流通路径一；
[0037]图5b为本专利技术的实际电流流通路径二；
[0038]图5c为本专利技术的实际电流流通路径三；
[0039]图5d为本专利技术的实际电流流通路径四；
[0040]图6为本专利技术提供的单位功率因数整流器的控制装置的模块结构示意图；
[0041]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单位功率因数整流器的控制策略，其特征在于，通过控制单位功率因数整流器第一桥臂中的开关S1、开关S2以及第二桥臂中的开关S3和开关S4，使得单位功率因数整流器中的电容C1和C2电压交流分量的方向相反，降低单位功率因数整流器直流侧电压波动。2.根据权利要求1所述的一种单位功率因数整流器的控制策略，其特征在于，第一桥臂中的开关S1、开关S2的控制信号的生成方法为：SA1、测量总直流侧电压，再将其与直流侧电压给定值作比较，将得到的误差信号作为第一PI控制器的输入，第一PI控制器的输出为波动功率的峰值，根据波动功率的峰值得到交流侧电流的峰值；SA2、实时跟踪交流侧电压的相位，经过正弦运算后与交流侧电流峰值相乘，得到连接电抗电流的参考值；SA3、测量连接电抗电流，再将其与连接电抗电流的参考值作比较，得到的误差信号作为第一PR控制器的输入，第一PR控制器的输出叠加第二PR控制器的输出即为第一桥臂的调制波，将第一桥臂的调制波与三角载波进行比较，生成控制开关S1和开关S2的控制信号g1和g2；第二桥臂中的开关S3和开关S4的控制信号的生成方法为：SB1、测量解耦电感上流过的电流，再将其与解耦电感电流参考值作比较，得到的误差信号作为第二PR控制器的输入，第二PR控制器的输出一方面作为第一桥臂的调制波的组成部分，另一方面作为第二桥臂的调制波的组成部分；SB2、测量并比较电容C1两端的电压和电容C2两端的电压，将得到的误差信号作为第二PI控制器的输入，第二PI控制器的输出叠加第二PR控制器的输出得到第二桥臂的调制波；将第二桥臂的调制波与三角载波进行比较，生成控制开关S3和开关S4的控制信号g3和g4。3.根据权利要求2所述的一种单位功率因数整流器的控制策略，其特征在于，所述SA1中，交流侧电流的峰值I
s
经公式I
s
＝2P
r
/U
s
计算得到，其中，U
S
为交流侧电压的峰值，P
r

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩，赖曦文，张帆，陈文洁，杨旭，万萌，孙君朋，高原，
申请(专利权)人：特变电工新疆新能源股份有限公司西安交通大学，
类型：发明
国别省市：