基于單周期控制的高功率因數(shù)整流器仿真

隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，帶非線性負(fù)載的電力電子裝置在電網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用并產(chǎn)生大量電流諧波，電力系統(tǒng)的波形畸變及由此產(chǎn)生的諧波不僅大大降低了系統(tǒng)的功率因數(shù)，而且也給系統(tǒng)帶來了危害。
尋求更加簡單的控制策略，降低PFC成本，減少總諧波含量(THD)和EMI，目前對三相功率因數(shù)校正方面的研究主要集中在控制策略和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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，使輸入電流在每個開關(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，也能實(shí)現(xiàn)較小的輸入電流畸變，從而實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)整流。

1 整流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
三相三開關(guān)PFC電路如圖1所示，主要有兩電平和三電平2種結(jié)構(gòu)。圖1(a)為三電平結(jié)構(gòu)，兩電容中點(diǎn)電位與電網(wǎng)中點(diǎn)的電位基本相同，通過雙向開關(guān)Sa、Sb、Sc分別控制對應(yīng)相的電流。開關(guān)合上時對應(yīng)相的電流幅值增大，開關(guān)斷開時對應(yīng)橋臂上的二極管導(dǎo)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(xiàn)對電流的控制。圖1(b)所示的電路為兩電平結(jié)構(gòu)，通過開關(guān)動作，可以控制相間的電流。開關(guān)管導(dǎo)通時，電感儲能，電感電流增大；開關(guān)管關(guān)斷時，電源和電感共同向負(fù)載供電，電流減小。

可以看出，以上兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)各有優(yōu)缺點(diǎn)。這里選擇兩電平的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用分區(qū)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)是在任何時刻只有兩只開關(guān)管工作在高頻狀態(tài)下，故損耗較小。當(dāng)電路工作在連續(xù)導(dǎo)電模式下，該結(jié)構(gòu)電路使輸入電壓和輸入電流同相位，能夠?qū)崿F(xiàn)單位功率因數(shù)，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)展起來的一種非線性大信號PWM控制理論，也是一種模擬PWM控制技術(shù)。它通過控制開關(guān)的占空比，使每個開關(guān)周期中開關(guān)變量的平均值嚴(yán)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(fù)載電流的約束，即使負(fù)載電流具有很大的諧波也不會使輸入電流發(fā)生畸變。因而將單周期控制技術(shù)應(yīng)用于三相整流器中可以實(shí)現(xiàn)低電流畸變和高功率因數(shù)，這種控制方法取消了傳統(tǒng)控制方法中的乘法器，使整個控制電路的復(fù)雜程度降低，具有動態(tài)響應(yīng)快、開關(guān)頻率恒定、魯棒性強(qiáng)、易于實(shí)現(xiàn)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為固定開關(guān)頻率的單周期控制降壓變換器原理圖。