本發(fā)明屬于電力電子領(lǐng)域，涉及一種高功率因數(shù)整流器，尤其是一種三相三開關(guān)三電平高功率因數(shù)整流器的控制方法。

背景技術(shù)：
：

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流電源系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題受到越來越多的關(guān)注。傳統(tǒng)的整流環(huán)節(jié)廣泛采用二極管不控整流或晶閘管相控整流電路.對電網(wǎng)注入了大量的諧波及無功.造成了嚴(yán)重的污染。提高電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)以及降低輸入電流諧波的單位功率因數(shù)整流器成為研究熱點(diǎn)。

目前三相三開關(guān)三電平高功率因數(shù)整流器采用的控制方法主要有三種：

空間矢量脈寬調(diào)制：三相三開關(guān)三電平整流器由3個橋臂組成，每個橋臂有3個開關(guān)狀態(tài)，總共有27種開關(guān)狀態(tài)。但由于三相電流的對稱性，三相電流的極性不能同時為正或?yàn)樨?fù)，故三相三開關(guān)三電平整流器沒有111和-1-1-1兩種開關(guān)狀態(tài)，因此開關(guān)狀態(tài)的總數(shù)為25個。使用SVPWM矢量控制，電流區(qū)間有6個，每個電流區(qū)間的開關(guān)狀態(tài)有8個，因此空間矢量有8*6＝48個，矢量狀態(tài)多，控制復(fù)雜，計(jì)算時間長。很難將開關(guān)頻率提高到10K以上，因此需要高頻PWM整流器的場合，矢量控制比較受限。

滯環(huán)控制：滯環(huán)控制是一個常規(guī)的雙閉環(huán)控制，外環(huán)為電壓環(huán)，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，外環(huán)PI調(diào)節(jié)器輸出分別乘以三相電壓的相位信號，就得到三相交流電流的基準(zhǔn)信號。該基準(zhǔn)信號與實(shí)際交流電流信號比較后，其誤差值送到滯環(huán)比較器，由比較器的輸出來控制開關(guān)的通斷。這一控制方法保證了輸入電流和電網(wǎng)電壓同相，并控制直流輸出電壓。采用滯環(huán)控制的PWM整流器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于全硬件實(shí)現(xiàn)，且系統(tǒng)動態(tài)性能優(yōu)良，電流響應(yīng)快。但其缺點(diǎn)也很明顯：其功率管的開關(guān)頻率變化劇烈，頻率低時跟蹤較差，頻率高時開關(guān)損耗大。

單周控制：就是在每個開關(guān)周期內(nèi)控制開關(guān)管的占空比，使開關(guān)變量的穩(wěn)態(tài)平均值等于或者與參考量成正比。

空間矢量脈寬調(diào)制控制方法，矢量狀態(tài)多，控制復(fù)雜，計(jì)算時間長。很難將開關(guān)頻率提高到10K以上，因此需要高頻PWM整流器的場合，矢量控制比較受限。

采用滯環(huán)控制的，其功率管的開關(guān)頻率變化劇烈，頻率低時跟蹤較差，頻率高時開關(guān)損耗大。

單周控制，直接控制一個周期的開關(guān)管的占空比，屬于平均電流控制，對電流跟蹤能力差，抗干擾能力差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種能量單相流動的三相三開關(guān)三電平高功率因數(shù)整流器，與傳統(tǒng)的用于大功率的三相全橋整流器相比，具有一定的優(yōu)勢，三電平特性使開關(guān)管上的電壓應(yīng)力只有輸出電壓的一半，在大功率的應(yīng)用場合下選擇開關(guān)管比較容易，輸出電壓紋波小、輸入濾波器體積小，降低了電流THD。與三電平整流器相比，所需開關(guān)管由12個降低為3個，成本降低，控制簡單。因此，三相三電平高功率因數(shù)整流器可取代現(xiàn)有的二極管整流或晶閘管整流，廣泛應(yīng)用于工業(yè)系統(tǒng)中，提高電能質(zhì)量。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的：

三相三開關(guān)三電平高功率因數(shù)整流器的控制方法，是將三角波比較控制和單周控制進(jìn)行結(jié)合；采用雙閉環(huán)控制，外環(huán)為直流電壓環(huán)，內(nèi)環(huán)為交流電流環(huán)，最后由三角波比較器的輸出來控制開關(guān)的通斷；三角波比較控制時，在電流為負(fù)值時將輸出的調(diào)制波反向，而單周控制中引入|i_a|為反饋量進(jìn)行。

采集的數(shù)據(jù)量為三相交流電壓v_a、v_b、v_c，三相交流電流i_a、i_b、i_c，直流電壓V_dc1、V_dc2；使用三相電網(wǎng)電壓除以實(shí)時電網(wǎng)峰值電壓，得到一個與三相電網(wǎng)電壓同相位、幅值為1的三相電網(wǎng)同步信號v_a1、v_b1、v_c1；上電容電壓V_dc1與下電容電壓V_dc2相加得到直流電壓V_dc。

還包括一個均壓環(huán)；

直流電壓環(huán)的組成：直流電壓給定V_dcref與直流電壓V_dc的差值送入電壓環(huán)PI調(diào)節(jié)器，得到電壓環(huán)PI調(diào)節(jié)器的輸出V_dcpiout；直流電壓環(huán)的目的為穩(wěn)定直流端電壓；

交流電流環(huán)的組成：電壓環(huán)PI調(diào)節(jié)器的輸出V_dcpiout分別乘以三相電網(wǎng)同步信號v_a1、v_b1、v_c1后得到信號i_aref、i_bref、i_cref，信號i_aref、i_bref、i_cref取絕對值后的信號i_aref1、i_bref1、i_cref1電流環(huán)的輸入給定；三相交流電流i_a、i_b、i_c取絕對值得到電流環(huán)輸入信號i_a1、i_b1、i_c1；電流給定i_aref1、i_bref1、i_cref1與電流環(huán)輸入信號i_a1、i_b1、i_c1的差值送入電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器，得到電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器的輸出i_piouta、i_pioutb、i_pioutc；電流環(huán)的作用為根據(jù)直流端的負(fù)荷情況輸出有功電流；

上電容電壓V_dc1與下電容電壓V_dc2的差值送入均壓環(huán)PI調(diào)節(jié)器，構(gòu)成了均壓控制環(huán)；均壓控制環(huán)的作用為平衡上下電容電壓，使上下電容電壓相等；

三相電網(wǎng)同步信號v_a1、v_b1、v_c1減去均壓控制環(huán)后得到信號v_a2、v_b2、v_c2，1減去v_a2、v_b2、v_c2的絕對值后乘以比例系數(shù)k得到三相前饋值A(chǔ)相前饋、B相前饋、C相前饋；

電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器的輸出i_piouta、i_pioutb、i_pioutc；加上三相前饋值A(chǔ)相前饋、B相前饋、C相前饋后，送入三角波比較單元，生成3路PWM驅(qū)動開關(guān)管。

本發(fā)明的有益效果在于：是將三角波比較控制和單周控制進(jìn)行結(jié)合?？刂埔廊灰腚p閉環(huán)控制，外環(huán)為電壓環(huán)，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，最后由三角波比較器的輸出來控制開關(guān)的通斷。滯環(huán)控制時由于UAN不僅與開關(guān)狀態(tài)有關(guān)，也與電流方向有關(guān)，因此需要在電流為負(fù)值時將輸出的調(diào)制波反向，而單周控制中整流器的占空比與輸入電流的絕對值有關(guān)，因此，在控制中引入|i_a|為反饋量進(jìn)行，因此不需要像滯環(huán)控制中在電流為負(fù)值時將輸出的調(diào)制波反向。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明的三相三開關(guān)三電平高功率因數(shù)整流器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的三相三開關(guān)三電平高功率因數(shù)整流器控制框圖。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

參見圖1、2，是將三角波比較控制和單周控制進(jìn)行結(jié)合；采用雙閉環(huán)控制，外環(huán)為直流電壓環(huán)，內(nèi)環(huán)為交流電流環(huán)，最后由三角波比較器的輸出來控制開關(guān)的通斷；三角波比較控制時，在電流為負(fù)值時將輸出的調(diào)制波反向，而單周控制中引入|i_a|為反饋量進(jìn)行。

當(dāng)三相電源電壓對稱時，有：

假定VIENNA工作在CCM模式下，d_a、d_b、d_c分別為開關(guān)管S_a、S_b、S_c驅(qū)動信號的占空比，有：

整流器輸入輸出電壓與開關(guān)管驅(qū)動占空比之間的關(guān)系。

為了實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)，應(yīng)該做到各相輸入電流分別跟隨各相輸入電壓，即各相的輸入阻抗為純阻性，定義R_e為各相輸入等效電阻。因此VIENNA整流器的控制目標(biāo)是要使三相輸入電壓、輸入電流滿足：

最終得到整流器輸入輸出電壓與開關(guān)管驅(qū)動占空比之間的關(guān)系。

因此，整流器的占空比與輸入電流的絕對值有關(guān)，因此，在控制中引入|i_a|為反饋量進(jìn)行。

當(dāng)三相電源電壓對稱時，有：

假定VIENNA工作在CCM模式下，d_a、d_b、d_c分別為開關(guān)管S_a、S_b、S_c驅(qū)動信號的占空比，有：

整流器輸入輸出電壓與開關(guān)管驅(qū)動占空比之間的關(guān)系。

為了實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)，應(yīng)該做到各相輸入電流分別跟隨各相輸入電壓，即各相的輸入阻抗為純阻性，定義R_e為各相輸入等效電阻。因此VIENNA整流器的控制目標(biāo)是要使三相輸入電壓、輸入電流滿足：

最終得到整流器輸入輸出電壓與開關(guān)管驅(qū)動占空比之間的關(guān)系。

因此，整流器的占空比與輸入電流的絕對值有關(guān)，因此，在控制中引入|i_a|為反饋量。

需要采集的數(shù)據(jù)量為三相交流電壓v_a、v_b、v_c，三相交流電流i_a、i_b、i_c，直流電壓V_dc1、V_dc2。

本文所述的控制方法，無需三相軟件鎖相環(huán)檢測三相電網(wǎng)相位信息，節(jié)省計(jì)算時間，直接使用三相電網(wǎng)電壓除以實(shí)時電網(wǎng)峰值電壓，得到一個與三相電網(wǎng)電壓同相位、幅值為1的三相電網(wǎng)同步信號v_a1、v_b1、v_c1。

上電容電壓V_dc1與下電容電壓V_dc2相加得到直流電壓V_dc。

控制部分總共包括三個環(huán)路：直流電壓環(huán)、交流電流環(huán)、均壓環(huán)。

直流電壓環(huán)的組成：直流電壓給定V_dcref與直流電壓V_dc的差值送入電壓環(huán)PI調(diào)節(jié)器，得到電壓環(huán)PI調(diào)節(jié)器的輸出V_dcpiout。直流電壓環(huán)的目的為穩(wěn)定直流端電壓。

交流電流環(huán)的組成：電壓環(huán)PI調(diào)節(jié)器的輸出V_dcpiout分別乘以三相電網(wǎng)同步信號v_a1、v_b1、v_c1后得到信號i_aref、i_bref、i_cref，信號i_aref、i_bref、i_cref取絕對值后的信號i_aref1、i_bref1、i_cref1電流環(huán)的輸入給定。三相交流電流i_a、i_b、i_c取絕對值得到電流環(huán)輸入信號i_a1、i_b1、i_c1。電流給定i_aref1、i_bref1、i_cref1與電流環(huán)輸入信號i_a1、i_b1、i_c1的差值送入電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器，得到電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器的輸出i_piouta、i_pioutb、i_pioutc。電流環(huán)的作用為根據(jù)直流端的負(fù)荷情況輸出有功電流。

上電容電壓V_dc1與下電容電壓V_dc2的差值送入均壓環(huán)PI調(diào)節(jié)器，構(gòu)成了均壓控制環(huán)。均壓控制環(huán)的作用為平衡上下電容電壓，使上下電容電壓相等。

三相電網(wǎng)同步信號v_a1、v_b1、v_c1減去均壓控制環(huán)后得到信號v_a2、v_b2、v_c2，1減去v_a2、v_b2、v_c2的絕對值后乘以比例系數(shù)k得到三相前饋值A(chǔ)相前饋、B相前饋、C相前饋。

電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器的輸出i_piouta、i_pioutb、i_pioutc。加上三相前饋值A(chǔ)相前饋、B相前饋、C相前饋后，送入三角波比較單元，生成3路PWM驅(qū)動開關(guān)管。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施方式僅限于此，對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定專利保護(hù)范圍。