单周控制三相四线制高功率因数整流器的研究

摘要

近年来，随着电力电子技术的日益成熟，电力电子装置的应用也越来越广泛，电网中的谐波污染也日趋严重，电力电子装置成为公用电网中最主要的谐波源。谐波给公用电网及其中的电力设备和其他系统带来严重的危害。功率因数校正技术是一种有效的治理谐波的方法。目前，单相功率因数校正技术已较为成熟，但三相功率因数校正技术中还有一些问题尚未得到解决，且三相电力电子装置对公用电网的影响更大，因此三相功率因数校正技术成为目前研究的热点和重心。单周控制技术是一种新型的大信号非线性控制方法，具有结构简单，控制精度高，响应速度快等优点，受到了广泛的重视。本文将单周控制技术应用于三相四线制PFC整流器中，主要做了以下几方面的工作：
　　首先，分析了单周控制的三相四线制PFC整流器的工作原理，建立了整流器的平均等效模型，在不考虑直流侧输出电容电压不平衡的情况下，详细推导了实现单位功率因数所需的单周控制方程，分别从单周控制系统稳定性和保持时间的角度确定了输入升压电感值和直流侧输出电容值的计算方法。
　　接着，为设计控制环节，分别建立了三相四线制PFC整流器和单周控制在旋转坐标系下的小信号模型，从而得到了单周控制的三相四线制PFC整流器在旋转坐标系下的小信号模型，在此基础上，进行了电压环补偿器的设计。搭建了仿真模型，验证了本文所设计的单周控制的三相四线制PFC整流器可以实现单位功率因数，且直流侧输出电压稳定，但输出电容电压不平衡。
　　最后，对直流侧电容电压不平衡这一关键问题进行了详细的推导和分析，找到了电容电压不平衡的原因，为了控制三相四线制PFC整流器在实现单位功率因数的同时保证直流侧输出电容电压平衡，将原有的单周控制方法进行改进，加入电压平衡控制环节。搭建了仿真模型，验证了理论分析的正确性。

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1 绪论

1.1 谐波的产生与危害

1.2 治理谐波的方法

1.3 三相高功率因数整流器的拓扑结构与控制策略

1.4 单周控制技术

1.5 本文研究的意义及主要内容

2 单周控制的三相四线制PFC整流器

2.1 引言

2.2 三相四线制PFC整流器

2.3 单周控制的三相四线制PFC整流器2.3.1控制方程的推导

2.4 本章小结

3 单周控制三相四线制PFC整流器的建模

3.1 引言

3.2 三相四线制PFC整流器的小信号模型

3.3 单周控制的小信号模型

3.4 单周控制的三相四线制PFC整流器的小信号模型

3.5 仿真结果

3.6 本章小结

4 改进的单周控制三相四线制PFC整流器

4.1 引言

4.2 直流侧电容电压不平衡问题

4.3 改进的单周控制方法及控制方程的推导

4.4 仿真结果

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 全文总结

5.2 后续研究工作的展望

致谢

参考文献

附 录