三相桥式整流的功率因数校正技术的研究

论文摘要

随着电力电子技术的发展,交流电源系统的电能质量问题受到越来越多的关注。传统的整流环节广泛采用二极管不控整流和晶闸管相控整流电路,向电网注入了大量的谐波及无功,造成了严重的污染。提高电网侧功率因数以及降低输入电流谐波成为一个研究热点。功率因数校正技术是减小用电设备对电网造成的谐波污染,提高功率因数的一项有力措施。本文所做的主要工作包括以下几部分:1.分析了单位功率因数三相桥式整流电路的工作原理,这种整流拓扑从工作原理上可以分成两部分:功率因数补偿网络和常规整流网络。在此基础上,为整流电路建立了精确的数学模型。2.这种单位功率因数三相桥式整流的输入电感是在额定负载下计算出的,当负载发生变化时,其功率因数会降低。针对这种情况,提出了一种新的控制方法。常规整流网络向电网注入的谐波可以由功率因数补偿网络进行补偿,所以输入功率因数相应提高。负载消耗的有功由电网提供,补偿网络既不消耗有功也不提供任何有功。根据功率平衡理论,可以确定参考补偿电流。双向开关的导通和关断由滞环电流控制确定。在这一方法的控制下,双向开关工作在高频下,因此输入电感值相应降低。仿真和实验结果都表明:新的控制方法下,负载变化时,输入电流仍接近于正弦,功率因数接近1。3.根据IEEE-519标准对谐波电流畸变率的要求,为单位功率因数三相桥式整流提出了另一种控制方法。该方法综合考虑单次谐波电流畸变率、总谐波畸变率、功率因数、有功消耗等性能指标,并进行优化,推导出最优电流补偿增益和相移。将三相负载电流通过具有最优电流补偿增益和相移的电流补偿滤波器,得到补偿后期望的电网电流,驱动双向开关导通和关断。仿真和实验都收到了满意的效果,使这一整流桥可以工作在较宽的负载范围内。4.单位功率因数三相桥式整流中直流侧电容电压随负载的波动而波动,为提高其动、静态性能,将简单自适应控制应用到了直流侧电容电压的控制中,并提出利用改进的二次型性能指标修改自适应参数的方法,可以在实现对参考模型跟踪的同时又不使控制增量过大,与常规的PI型简单自适应控制相比在适应律的计算中引入了控制量的增量和状态误差在k及k+1时刻的采样值。利用该方法为直流侧电压设计了控制器,并进行了仿真与实验研究,结果表明与PI型适应律相比,新的控制器能提高系统的动态响应性能,负载变化时系统的鲁棒性更强。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和选题依据
• 1.1.1 功率因数的定义
• 1.1.2 谐波及其与功率因数的关系
• 1.1.3 高次谐波电流含量
• 1.1.4 有关谐波标准
• 1.2 目前的三相整流拓扑电路及功率因数校正技术
• 1.2.1 三相整流拓扑电路
• 1.2.2 功率因数校正技术
• 1.3 本文研究的工作和内容安排
• 第二章 单位功率因数三相桥式整流电路
• 2.1 引言
• 2.2 单位功率因数三相桥式整流电路
• 2.2.1 整流电路的拓扑结构
• 2.2.2 两个电容上的电压
• 2.2.3 单位功率因数三相桥式整流电路的局限性
• 2.3 单位功率因数三相桥式整流电路的工作原理
• 2.3.1 模式1（00–300）
• 2.3.2 模式2（300–600）
• 2.3.3 模式3（600–900）
• 2.3.4 模式4（900–1200）
• 2.3.5 模式5（1200–1500）
• 2.3.6 模式6（1500–1800）
• 2.4 单位功率因数三相桥式整流电路的数学模型
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于功率平衡理论控制双向开关
• 3.1 引言
• 3.2 控制算法
• 3.3 控制器结构图
• 3.4 控制器设计及仿真结果
• 3.5 实验结果
• 3.6 本章小结
• 第四章 综合考虑各项指标的控制方法
• 4.1 引言
• 4.2 优化参考补偿电流理论
• 4.3 电流补偿器的增益和相位延迟的约束问题
• 4.3.1 根据谐波标准的各种约束
• 4.3.2 目标函数
• 4.4 控制系统框图
• 4.5 控制器设计及仿真结果
• 4.6 实验结果
• 4.7 本章小结
• 第五章 直流侧电压的简单自适应控制
• 5.1 引言
• 5.2 简单自适应控制算法
• 5.3 具有二次性能指标的简单自适应控制算法
• 5.4 直流侧电压的简单自适应控制
• 5.5 仿真结果
• 5.5.1 负载增加时的情况
• 5.5.2 负载减小时的情况
• 5.6 实验结果
• 5.7 本章小结
• 第六章 总结
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢