[发明专利]一种应用于功率解耦PFC拓扑的提高功率因数的控制策略

说明书

本发明涉及电力工业领域，旨在提供一种应用于功率解耦PFC拓扑的提高功率因数的控制策略。包括：由图腾柱式无桥PFC电路、控制电路和由解耦电感与电容组成的串联支路构成功率解耦PFC拓扑；将电网电压和电网电流之间的相位偏移形成闭环控制来补偿参考电流相位，对拓扑中无功进行补偿控制，保证并网功率与所需要的参考电流相位偏移量相同；由统一的控制器根据电路状态和外部传输或内部预设的参考信号产生电路控制信号对电路中的开关管进行控制。本发明能抑制谐波，提高电能质量，同时实现良好的功率解耦性能。可以快速响应参考信号的变化，快速进行相位修正实现无功环补偿。本发明适用于逆变模式，不影响AC/DC电路双向工作的性能，实现能量双向流动。

技术领域

本发明属于电力工业领域，具体涉及一种应用于功率解耦PFC拓扑的提高功率因数的控制策略。本发明基于功率解耦PFC拓扑的运行模式控制，针对该电路中无源储能元件引起的无功功率导致功率因数降低提出了相应的优化策略，适用于功率解耦、能量流动、输入输出的电能质量控制等多个应用场合。

背景技术

随着电力电子技术在工业自动化、电力系统、交通运输和可再生能源系统等领域的发展，高效电力电子变换器技术已成为实现高功率因数和低输入谐波电流的关键技术，被称为发展电力电子技术的使能技术。然而，电力电子器件的广泛应用使谐波污染问题越来越严重。IEC 61000-3-2明确规定了输入电流谐波分量的限值，为了提高电网供电质量、抑制谐波污染，功率校正因数校正(PFC)技术应运而生。

与传统的功率因数校正拓扑相比，具有有源功率解耦功能的新型功率解耦PFC电路已成为拥有高效、高功率密度、高可靠性的主流拓扑之一。传统PFC中交流侧功率含有较大的二倍工频分量，需要大的储能电容进行功率解耦。大容量电解电容的存在，不仅限制了系统成本的降低和功率密度的提高，同时电解电容作为影响寿命的主要元件，对AC/DC变换器的可靠性有着极为关键的影响。功率解耦技术近年来一直是多个领域的的热点研究问题。

目前提出的众多功率解耦拓扑中，通常会关注该拓扑在解耦效果和控制性能方面的有效性，而不考虑非理想电路情况下导致的电能质量下降问题。然而，由于大多功率解耦电路拓扑中无源储能元件较多，产生的无功功率不能忽略，会导致功率因数降低，尤其是在输入电压低、功率等级高的场合，而较低的功率因数会对电网造成一定的冲击。与传统的功率因数校正电路相比，新型解耦电路面临着更大的谐波挑战，产生的无功功率会影响电网电流的正弦度，从而影响供电质量，导致电网侧功率因数低，影响设备的正常运行。

发明内容

本发明要解决的技术方案是，克服现有技术中的不足，提供一种应用于功率解耦PFC拓扑的提高功率因数的控制策略。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种应用于功率解耦PFC拓扑的提高功率因数的控制策略，包括：

(1)由图腾柱式无桥PFC电路、控制电路和由解耦电感与电容组成的串联支路构成功率解耦PFC拓扑；其中，无桥PFC电路由升压电感L₁、开关管Q_1～4和母线电容C_bus组成，开关管Q_1～4组成无桥Boost PFC拓扑，其中A桥臂的Q_1～2充当PFC桥臂；B桥臂的Q_3～4作为高频管与在网侧电压v_g的阴极和整机地之间的LC串联解耦支路构成Buck电路，其开关动作将原本母线电容承受的电压纹波转移到解耦电容C_dp之上，电感L₂作能量缓冲；电网的线路电感L_g、电容C₁与电阻L₁组成LCL滤波器；