功率因數(shù)閉環(huán)控制的PWM整流器設(shè)計

1. 引言

近幾年來，隨著電力電子裝置的應(yīng)用日益廣泛，電網(wǎng)中諧波電流和無功功率對電力系統(tǒng)的污染也日益嚴(yán)重。消除諧波污染并提高功率因數(shù)，已經(jīng)成為電力電子技術(shù)中的一個重大課題。作為解決這一問題的途徑之一，能夠?qū)崿F(xiàn)任意功率因數(shù)運行，直流輸出穩(wěn)定，動態(tài)響應(yīng)好，且?guī)缀醪划a(chǎn)生諧波的PWM 整流器已得到廣泛的研究。
針對以上課題，本文提出了一種功率因數(shù)閉環(huán)控制，可以實現(xiàn)功率因數(shù)實時調(diào)節(jié)的PWM整流器。在克服電流諧波污染的同時，可以通過對功率因數(shù)的調(diào)整，對電網(wǎng)的無功功率進(jìn)行一定的補償。

2. PWM整流原理

三相PWM整流器主電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括交流側(cè)的電感、電阻、直流電容、以及由全控開關(guān)器件（IGBT）和續(xù)流二極管組成的三相全橋電路。Ua、 Ub、Uc為三相交流電源，RL為負(fù)載。通過適當(dāng)?shù)牟呗钥刂迫嗳珮螂娐分械牧鶄€全控開關(guān)器件V1~V6的開關(guān)狀態(tài)，便可以在直流側(cè)得到穩(wěn)定的電壓輸出，同時保證交流側(cè)電流相位可控，且諧波小。常用的控制方案包括電流跟蹤和矢量控制等。[1]

圖1所示的三項PWM整流器主電路中，假設(shè)電網(wǎng)電壓三相對稱且穩(wěn)定；開關(guān)器件理想，沒有過渡過程，其通斷狀態(tài)由開關(guān)函數(shù)描述，開關(guān)函數(shù)定義為 。可以得到電阻性負(fù)載RL情況下，三相PWM整流器在ABC坐標(biāo)系中的一般數(shù)學(xué)模型為[1]：

(1)
電流跟蹤PWM整流器中，利用上下橋臂的開通與關(guān)斷控制相應(yīng)相電流的瞬時值，使交流電流嚴(yán)格跟蹤三相參考電流，實現(xiàn)對功率因數(shù)的控制。如圖2所示。三相參考電流的相位由交流電壓相位和功率因數(shù)設(shè)定決定，而其幅值則與直流側(cè)電壓有關(guān)。