一種無電解電容高功率因數(shù)校正器及校正方法
【專利摘要】一種無電解電容高功率因數(shù)校正方法包括：利用差分輸入整流系統(tǒng)輸入電壓，輸入電流，和第一、第二差分電容的電容值，獲得第一、第二差分電容的電容電壓設(shè)定值，確定二次紋波電壓幅值和相位；利用第一第二差分電容的電容電壓計算得到第一第二電感電流設(shè)定值，與實際檢測到的第一、第二電感的電感電流對應(yīng)的進行差值計算，得到第一第二電感的電感電流的誤差值，經(jīng)過比例積分微分控制器，輸出得到控制參數(shù)；將控制參數(shù)與固定頻率的三角波進行比較，形成PWM控制參數(shù)，分別控制第一變換器開關(guān)管和第二變換器開關(guān)管。本發(fā)明方法能夠克服大容量電解電容壽命短、耐用性差的缺陷，僅通過改變控制策略便可得到直流側(cè)無低頻電流紋波。
【專利說明】—種無電解電容高功率因數(shù)校正器及校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電能變換裝置與控制技術(shù)中的交流-直流變換【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種無電解電容高功率因數(shù)校正器及校正方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對于直流用電場合來講，電能不能直接從交流電網(wǎng)直接取用，而是需要經(jīng)過不控整流器或者晶閘管整流后獲得直流母線電壓，然后再將其經(jīng)過DC/DC變換為精細的直流電供給用電設(shè)備。經(jīng)典的整流器是由二極管或晶閘管組成的非線性電路，會產(chǎn)生大量電流諧波和無功功率，造成電能質(zhì)量下降，威脅電網(wǎng)中各種電氣設(shè)備的安全經(jīng)濟運行。當單位功率因數(shù)整流技術(shù)應(yīng)用于直流供電系統(tǒng)時，可以有效提高電網(wǎng)供電質(zhì)量，抑制諧波污染，然而，50Hz的交流電經(jīng)過整流后會在直流側(cè)產(chǎn)生IOOHz的低頻紋波，該紋波將被耦合到后級變換器的輸出側(cè)，容易引起誤動作，威脅用電設(shè)備的安全運行；同時該紋波將降低后級變換器的有功功率傳輸能力，將降低整個功率變換系統(tǒng)的效率。為抑制直流側(cè)低頻紋波電流，通常采用增大電解電容容量的方式。雖然有效抑制了低頻電流紋波，但是大容量電解電容存在諸多不足，例如壽命短，耐用性差，隨著溫度等工作條件的變化，性能不穩(wěn)定，并且會增加系統(tǒng)的成本。
[0003]整流供電系統(tǒng)需要將交流電轉(zhuǎn)化為精細的直流電供給直流用電設(shè)備。此系統(tǒng)中電解電容的作用在于平衡交流電網(wǎng)提供的脈動功率，與用電設(shè)備期望得到的恒定功率之間的關(guān)系。因此，實現(xiàn)無電解電容功率變換技術(shù)關(guān)鍵在于把握如何處理輸入輸出功率的不平衡關(guān)系。有人提出可以將整流系統(tǒng)工作在Boost電流斷續(xù)模式，自動實現(xiàn)單位功率因數(shù)，通過在交流輸入側(cè)注入3次，5次諧波的方式，減小輸入電流峰均比，從而有效控制輸入脈動功率。實現(xiàn)用小電容代替大容量電解電容。然而，這種方式減小直流側(cè)電容是建立在交流側(cè)增大諧波含量為代價的基礎(chǔ)上，交流側(cè)THD值增大將導致功率因數(shù)降低，也就是說直流側(cè)輸出端紋波的抑制導致交流側(cè)功率因數(shù)的降低。
[0004]在單位功率因數(shù)變換器中，為了省去電解電容，也有人提出通過其他儲能元件，例如電感或小容量電容控制紋波功率，當輸入功率低于輸出功率時，儲能元件釋放能量對輸出端進行補償；當輸入功率高于輸出功率時，將多余的能量儲存在儲能元件中。這些方案雖然省去了電解電容，但是增加了額外的功率轉(zhuǎn)換器，系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)復雜，效率降低，系統(tǒng)體積、重量、成本都將增大。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提供一種無電解電容高功率因數(shù)校正器及校正方法，能夠克服大容量電解電容壽命短、耐用性差的缺陷，僅通過改變控制策略便可得到直流側(cè)無低頻電流紋波。
[0006]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為:
[0007]一種無電解電容高功率因數(shù)校正方法，其特征在于:它包括以下步驟:[0008]I)差分輸入整流系統(tǒng)包括交流輸入電源、第一變換器和第二變換器，其中第一變換器包括第一差分電容C1、第一電感L1和第一變換器開關(guān)管,第二變換器包括第二差分電容C2、第二電感L2和第二變換器開關(guān)管,第一、第二變換器的結(jié)構(gòu)對稱；差分式輸入整流系統(tǒng)的輸入端由第一、第二差分電容Cp C2串聯(lián),且輸入電壓為兩個差分電容的電壓的差分；輸出端由第一、第二電感U、L2并聯(lián)，且輸出電流為兩支電感電流的和；檢測差分輸入整流系統(tǒng)的輸入電壓Vin和輸入電流iin ;[0009]2)利用輸入電壓Vin,輸入電流iin,和已知的第一、第二差分電WC1X2的電容值C,
獲得第一、第二差分電容Cp C2的電容電壓設(shè)定值Vctof和Vc;2Mf:
[0010]
【權(quán)利要求】
1.一種無電解電容高功率因數(shù)校正方法，其特征在于:它包括以下步驟: 1)差分輸入整流系統(tǒng)包括交流輸入電源、第一變換器和第二變換器，其中第一變換器包括第一差分電容C1、第一電感L1和第一變換器開關(guān)管,第二變換器包括第二差分電容C2、第二電感L2和第二變換器開關(guān)管,第一、第二變換器的結(jié)構(gòu)對稱；差分式輸入整流系統(tǒng)的輸入端由第一、第二差分電容Cp C2串聯(lián),且輸入電壓為兩個差分電容的電壓的差分；輸出端由第一、第二電感U、L2并聯(lián)，且輸出電流為兩支電感電流的和；檢測差分輸入整流系統(tǒng)的輸入電壓Vin和輸入電流iin ； 2)利用輸入電壓Vin，輸入電流iin，和已知的第一、第二差分電容CpC2的電容值C,獲得第一、第二差分電容Cp C2的電容電壓設(shè)定值Vctof和Vc;2Mf:
2.實現(xiàn)權(quán)利要求1所述的無電解電容高功率因數(shù)校正方法的無電解電容高功率因數(shù)校正器，其特征在于:它包括差分輸入整流系統(tǒng)和直流電流控制器，其中 差分輸入整流系統(tǒng)包括交流輸入電源、第一變換器和第二變換器，其中第一變換器包括第一差分電容C1、第一電感L1和第一變換器開關(guān)管,第二變換器包括第二差分電容C2、第二電感L2和第二變換器開關(guān)管,第一、第二變換器的結(jié)構(gòu)對稱；差分式輸入整流系統(tǒng)的輸入端由第一、第二差分電容Cp C2串聯(lián),且輸入電壓為兩個差分電容的電壓的差分；輸出端由第一、第二電感U、L2并聯(lián)，且輸出電流為兩支電感電流的和； 直流電流控制器包括主控制器、第一變換器控制器和第二變換器控制器；主控制器用于接收輸入電壓Vin和輸入電流iin，并結(jié)合已知的第一、第二差分電容C1X2的電容值C,獲得第一、第二差分電容VC1ref、VC2ref的電容電壓設(shè)定值再根據(jù)第一、第二差分電容CpC2的電容電壓設(shè)定值Veteif和Ve2mf計算得到第一第二電感電流設(shè)定值iUMf、iL2ref ;第一變換器控制器用于將主控制器計算得到的第一電感電流設(shè)定值iUMf與實際檢測到的第一電感的電感電流iu進行差值計算，得到第一電感的電感電流的誤差值Λ iu，經(jīng)過比例積分微分控制器，輸出得到控制參數(shù)，將控制參數(shù)與固定頻率的三角波進行比較，形成PWM控制參數(shù)，控制第一變換器開關(guān)管；第二變換器控制器用于控制第二變換器開關(guān)管，控制過程與第一變換器控制器相同。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的無電解電容高功率因數(shù)校正器，其特征在于:所述的第一變換器和第二變換器均為降壓變換器，且結(jié)構(gòu)對稱；其中所述的第一變換器開關(guān)管包括第一開關(guān)管T1和第二開關(guān)管T2，第一差分電容C1與第二開關(guān)管T2的公共端與交流輸入電源一端相連，第二差分電容C2與第四開關(guān)管T4的公共端同交流輸入電源另一端相連；差分輸入整流系統(tǒng)輸出端正極分別與第一電感L1和第二電感L2連接；第一差分電容C1與第一開關(guān)管T1的公共端接差分輸入整流系統(tǒng)輸出負極，第二差分電容C2與第三開關(guān)管T3的公共端接差分輸入整流系統(tǒng)輸出負極。
【文檔編號】H02M1/42GK103475209SQ201310456527
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】朱國榮, 王浩然, 梁標, 肖程元, 陳偉, 劉芙蓉, 徐應(yīng)年 申請人:武漢理工大學