[发明专利]一种解决宽变频下单相PFC输入电流相位超前的控制方法

说明书

本发明公开一种解决宽变频下单相PFC输入电流相位超前的控制方法，属于发电、变电或配电的技术领域。该方法采用电压外环对输出电压采样值与输出电压参考值的误差进行调节以获取电感电流峰值，根据电感电流峰值、输入电压采样值、相位补偿量计算电感电流参考值，采用电流内环对电感电流参考值与电感电流采样值的误差进行调节以获取占空比变化量，对占空比变化量和占空比前馈量进行累加操作以获取单相PFC开关管的实际占空比。通过对输入电流进行自适应相位补偿实现航空电网宽变频下变换器的高功率因数。

技术领域

本发明涉及电力电子技术，特别是涉及航空电网宽变频下PFC变换器的控制方法，具体公开一种解决宽变频下单相PFC输入电流相位超前的控制方法，属于发电、变电或配电的技术领域。

背景技术

航空电网主要采用两种交流供电系统，一种是频率为400Hz的恒频交流系统，另一种是360Hz～800Hz的变频交流系统。21世纪以来，航空电网由之前的恒频交流系统逐步向变频交流系统过渡，相比于恒频交流系统而言，变频交流系统有很多优势。输入电压频率在宽范围内变化使得航空电网的功率因数校正相比于地面传统的功率因数校正有很大的不同，如何在宽输入电压频率范围下实现高功率因数、减小输入电流畸变、减小对航空电网的干扰很重要，这对航空电网功率因数校正模块提出了更高的要求。

目前，客机所使用的变频交流系统有两种电压等级，例如，B787采用的是230V/360Hz～800Hz的变频交流系统，A380采用的是115V/360Hz～800Hz的变频交流系统，我国国产的C919所采用的飞机交流供电系统稳定时是115V/400Hz的恒频交流系统，交流供电系统输入电压频率在360Hz～800Hz间变化时是变频交流系统。因此，随着宽输入频率的变频交流系统在客机交流供电系统应用的增加，功率因数校正技术也随之进一步发展。

传统的有源功率因数校正电路Boost PFC一般会利用输入滤波电容来吸收由于开关动作产生的开关纹波。通常情况下变换器工作在工频，由于输入电压的交流频率很低，流过输入滤波电容的电流的幅值很小，虽然流入输入滤波电容上的电流超前输入电压90°，但是由于电流幅值很小，因此，输入电流超前输入电压的相位可以忽略不记。然而，当传统的有源功率因数校正变换器接入360Hz～800Hz输入电压的航空变频电网时，此时流过输入滤波电容的电流的幅值变得很大，产生输入电流畸变的问题，输入电流与输入电压的相位差角度随着输入电压频率的升高而增大，输入电流相位超前问题变得很严重，同时造成了变换器整体功率因数降低等问题。

针对传统Boost PFC接入航空变频电网相位超前问题随着输入电压频率的升高而凸显的现状，目前有三种解决方法：增加延时网络、占空比预测法、初相角修正。增加延时网络是一种解决输入电流相位超前问题的简单方式，通过在输入电压采样电路部分加延时电路来抵消输入电流的超前相位，但是延时电路只能实现固定相角的延时，当输入电压频率变化时，这种解决方法就不再适用。占空比预测法是对主电路的输入电压、输出电压、输入电流、电感电流等特征量进行采样，利用采样的信号进行对比与分析，最后将开关管的导通时间和关断时间精确地计算出来，从而得到时刻变化的开关管占空比。占空比预测法相比于传统的电压环加电流环的控制方法而言省去了误差反馈环节，从理论上来说不存在环路引起的输入电流相位超前，但占空比预测法的计算过程过于复杂且响应速度很容易受到主电路参数及控制电路的影响。一旦响应速度滞后或是受到电路中一些变化的寄生参数的影响，这将导致占空比的计算值不准确，进而可能会造成电流跟踪效果不好，严重时电感电流可能会有振荡，最终可能造成系统的不稳定，整体的可靠性会有所下降。初相角修正法是一种根据输入电压和输入电流的过零时刻来调整参考电流的方法。传统的平均电流控制中输入电流在输入电压频率升高时超前输入电压，而且输入电压频率越高输入电流超前的相位越大，初相角修正法通过检测输入电压过零时刻和输入电流过零时刻的时间差值来判断此时输入电流超前输入电压的角度，然后通过查正弦表来调整参考电流与输入电压的相位角差值以抵消输入电流的相位超前。但是平均电流控制方法只是根据输入电流和输入电压过零点的时间差来判断两者的相位差，不免有些片面，而且这种检测方式的精确度也不是很高，同时编程较为复杂，对输入电流的相位超前只是起到了减弱作用，不能从根本上消除。