基于三电平的有源功率因数校正器的开发研究

摘要

基于VIENNA拓扑展开研究的三电平PFC变换器是一种能主动治理谐波污染提高电网利用率的装置，它能实现输入电流正弦化，并以单位功率因数运行。在拓扑结构上，相比两电平拓扑以及二极管钳位式三电平拓扑而言，具有诸多优势而被广泛关注和研究。
　　首先，对PFC拓扑的发展和控制策略简要概述，着重分析主拓扑原理，进而建立abc坐标系和dq坐标系数学模型，并在此基础上进行电压电流双环控制器设计。为提高直流电压利用率，在脉宽调制方法上采用的是SVPWM，并巧妙的将三电平空间矢量平面转换至两电平空间矢量平面，用两电平空间矢量调制方式实现复杂的三电平空间矢量调制。对于三电平普遍存在的中点平衡问题本文也进行了相应研究。
　　其次，在上述理论研究之后，根据项目的系统规格参数要求，对主拓扑各元器件参数方面逐一进行了分析设计，同时也详尽介绍了相关辅助电路。
　　然后，搭建了基于Matlab/Simulink的三电平PFC系统仿真模型，仿真结果显示系统启动后，给定电压和反馈电压保持一致，电压外环控制器的调控达到预期效果，中点平衡控制器PI的调节效果良好。
　　最后，搭建了10KW的PFC项目样机，进行了样机系统参数和控制算法及整体性能的工程性验证；样机在轻载情况下功率因数已超过0.9，半载之后功率因数达到0.99，系统性能得到良好的实现。试验结果验证理论可行性和合理性。

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