基于單周期控制的高功率因數整流器仿真

隨著(zhù)電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，帶非線(xiàn)性負載的電力電子裝置在電網(wǎng)中得到廣泛應用并產(chǎn)生大量電流諧波，電力系統的波形畸變及由此產(chǎn)生的諧波不僅大大降低了系統的功率因數，而且也給系統帶來(lái)了危害。
尋求更加簡(jiǎn)單的控制策略，降低PFC成本，減少總諧波含量(THD)和EMI，目前對三相功率因數校正方面的研究主要集中在控制策略和拓撲結構方面?？刂撇呗缘难芯恐饕性陔娏餍涂刂?、多環(huán)控制、單周期控制、矢量控制等方面。采用單周期控制技術(shù)控制三相整流器以減小電流畸變，使輸入電流在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期都能很好跟蹤參考電流，使直流輸出端存在大量電流諧波時(shí)，也能實(shí)現較小的輸入電流畸變，從而實(shí)現高功率因數整流。

1 整流器的拓撲結構
三相三開(kāi)關(guān)PFC電路如圖1所示，主要有兩電平和三電平2種結構。圖1(a)為三電平結構，兩電容中點(diǎn)電位與電網(wǎng)中點(diǎn)的電位基本相同，通過(guò)雙向開(kāi)關(guān)Sa、Sb、Sc分別控制對應相的電流。開(kāi)關(guān)合上時(shí)對應相的電流幅值增大，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)對應橋臂上的二極管導通電路，在輸出電壓的作用下Boost電感上的電流減小，從而實(shí)現對電流的控制。圖1(b)所示的電路為兩電平結構，通過(guò)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，可以控制相間的電流。開(kāi)關(guān)管導通時(shí)，電感儲能，電感電流增大；開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，電源和電感共同向負載供電，電流減小。

可以看出，以上兩種拓撲結構各有優(yōu)缺點(diǎn)。這里選擇兩電平的拓撲結構，采用分區間控制的方法，讓其工作在雙端并聯(lián)Boost態(tài)，這種控制方法的特點(diǎn)是在任何時(shí)刻只有兩只開(kāi)關(guān)管工作在高頻狀態(tài)下，故損耗較小。當電路工作在連續導電模式下，該結構電路使輸入電壓和輸入電流同相位，能夠實(shí)現單位功率因數，并且輸入電流總諧波含量較低。

2 單周期控制(0CC)技術(shù)
0CC技術(shù)是90年代初發(fā)展起來(lái)的一種非線(xiàn)性大信號PWM控制理論，也是一種模擬PWM控制技術(shù)。它通過(guò)控制開(kāi)關(guān)的占空比，使每個(gè)開(kāi)關(guān)周期中開(kāi)關(guān)變量的平均值嚴格等于或正比于控制參考量。平均輸入電流跟蹤參考電流且不受負載電流的約束，即使負載電流具有很大的諧波也不會(huì )使輸入電流發(fā)生畸變。因而將單周期控制技術(shù)應用于三相整流器中可以實(shí)現低電流畸變和高功率因數，這種控制方法取消了傳統控制方法中的乘法器，使整個(gè)控制電路的復雜程度降低，具有動(dòng)態(tài)響應快、開(kāi)關(guān)頻率恒定、魯棒性強、易于實(shí)現等優(yōu)點(diǎn)，是一種很好的控制方法。
2．1 OCC技術(shù)基本原理
圖2為固定開(kāi)關(guān)頻率的單周期控制降壓變換器原理圖。