一種矩陣整流器網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種應(yīng)用于矩陣式整流器網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)校 正的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 矩陣整流器是一種通用的降壓型S相AC-DC變換器，能夠?qū)崿F(xiàn)真正的四象限運(yùn) 行，正弦輸入電流和功率因數(shù)可調(diào)等，可W產(chǎn)生幅值可調(diào)、極性可調(diào)的直流電壓源，應(yīng)用范 圍比較廣泛。由于矩陣整流器的輸入濾波器會(huì)使輸入電流和輸入電壓之間產(chǎn)生相位差，造 成輸入功率因數(shù)的降低，特別是當(dāng)矩陣整流器工作在輕載或者空載狀態(tài)下時(shí)，運(yùn)種影響會(huì) 變得尤其顯著。
[0003] 目前常規(guī)對(duì)網(wǎng)側(cè)功率補(bǔ)償是直接補(bǔ)償，即考慮輸入濾波器影響的情況下推導(dǎo)得到 實(shí)際的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)角與濾波之后功率因數(shù)之間的關(guān)系。該方法雖然能夠有效補(bǔ)償由濾波 器所引起的相位差，但需要獲得輸入濾波器電容和電感等參數(shù)W及電網(wǎng)側(cè)電壓、電流的幅 值W及相位角的精確值，對(duì)內(nèi)參數(shù)的擾動(dòng)敏感，魯棒性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為避免傳統(tǒng)方法之中需要采集輸入濾波器參數(shù)等精確數(shù)值來對(duì)矩陣整流器進(jìn)行 補(bǔ)償，本發(fā)明提供一種矩陣整流器網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)的校正方法，包括W下步驟：S1、預(yù)設(shè)電壓 調(diào)制系數(shù)；S2、通過步驟Sl預(yù)設(shè)的所述電壓調(diào)制系數(shù)計(jì)算出矩陣整流器主電路功率因數(shù) 角；S3、將步驟Sl所述的電壓調(diào)制系數(shù)與步驟S2所述的矩陣整流器主電路功率因數(shù)角代入 空間矢量調(diào)制算法，獲得占空比； 陽〇化]S4、根據(jù)步驟S3獲得的所述占空比控制矩陣整流器雙向開關(guān)的觸發(fā)脈沖，W使得 矩陣整流器雙向開關(guān)工作在預(yù)定狀態(tài)下。
[0006] 本發(fā)明的矩陣整流器網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)的校正方法容易校正矩陣整流器網(wǎng)側(cè)功率因 數(shù)。
【附圖說明】
[0007] 圖1為本發(fā)明的一種矩陣整流器網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)校正方法的流程框圖；
[0008] 圖2為圖1所示的矩陣整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例；
[0009] 圖3為一個(gè)實(shí)施例的輸入相電流空間矢量圖及目標(biāo)電流矢量的合成不意圖；
[0010] 圖4為一個(gè)實(shí)施例中的dq變換坐標(biāo)系；
[0011] 圖5為一個(gè)實(shí)施例中的矩陣整流器電路系統(tǒng)的等效dq模型。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的工作原理作具體的描述。
[0013] 如圖1所示，本發(fā)明的一種矩陣整流器網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)的校正方法，包括W下步驟： SI、預(yù)設(shè)電壓調(diào)制系數(shù)；S2、通過步驟SI預(yù)設(shè)的所述電壓調(diào)制系數(shù)計(jì)算出矩陣整流器主電 路功率因數(shù)角；S3、將步驟Sl所述的電壓調(diào)制系數(shù)與步驟S2所述的矩陣整流器主電路功率 因數(shù)角代入空間矢量調(diào)制算法，獲得占空比；S4、根據(jù)步驟S3獲得的所述占空比控制矩陣 整流器雙向開關(guān)的觸發(fā)脈沖，W使得矩陣整流器雙向開關(guān)工作在預(yù)定狀態(tài)下。
[0014] 一個(gè)實(shí)施例中的矩陣整流器拓?fù)鋱D如圖2所示，它由5部分組成：第I部分為網(wǎng)側(cè) 輸入電壓（11。、心11。;相應(yīng)的輸入電流為1。、1,、〇;第11部分為輸入濾波器杞山），第111部 分為由6個(gè)雙向開關(guān)組成的主電路咕1、Si2、Si3、S21、S22、S23);第IV部分為輸出濾波器（C。、 U ;第V部分為負(fù)載化)。
[0015] 假設(shè)網(wǎng)側(cè)輸入電壓為正序，矩陣整流器需要滿足=相輸入電壓任意兩相不能短路 和輸出電流不能斷路的要求，共有9種開關(guān)組合，如表1所示：
[0016] 表1輸入電壓正相序時(shí)電流空間矢量
[0017]
[0019] 表1中前6種是有效矢量，后3種是零矢量。在一個(gè)PWM開關(guān)周期內(nèi)，有效矢量按 照要求作用一段時(shí)間為輸出提供電壓，剩下的時(shí)間為零矢量作用時(shí)間，沒有電壓輸出，只提 供負(fù)載續(xù)流。
[0020] 結(jié)合圖3，矩陣整流器輸入電流空間矢量由輸入電流進(jìn)行矢量合成，在復(fù)平面內(nèi)W 電網(wǎng)電壓頻率《勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，其目標(biāo)電流矢量If。:= I imXe'utQim也為輸入電流空間矢量的 模）。圖3中I~VI代表6個(gè)輸入電流扇區(qū)，它按照相電壓的過零點(diǎn)進(jìn)行劃分輸入電壓區(qū) 間，并進(jìn)行電流矢量的選擇。如圖3,假設(shè)在某一時(shí)刻需要合成的電流矢量為IfW,它由相鄰 的兩個(gè)電流矢量合成，其中，相位超前的一個(gè)為I。，相位滯后的一個(gè)為Ip, I。與IP的夾角 為0，且0 G [0,60° ]。將I。和I P進(jìn)行PWM合成，將能得到目標(biāo)電流矢量If。:。
[0021] 上述控制方法中的0是由檢測(cè)網(wǎng)側(cè)電壓矢量通過克拉克變換后得到。
[0022] 在實(shí)現(xiàn)輸入電流和輸出電流調(diào)節(jié)的同時(shí)，還要保證輸出直流不能斷續(xù)。因此，在通 過和合成的同時(shí)，還需要一個(gè)電流零矢量I。，合成公式如下：
[0023]
[0024] 式中Ts為一個(gè)PWM調(diào)節(jié)周期的時(shí)間，T。（ 0 )、Tp( 0 )和T〇( 0 )分別為一個(gè)PWM調(diào) 節(jié)周期內(nèi)I。、Ip和I個(gè)電流矢量的作用時(shí)間，其占空比函數(shù)分別為：
陽0巧]
[0026]
[0027]
[0028] 上式中，d。（目）、dp(目）和d。（目）分別為In、Ip和I。的占空比函數(shù)，me[0，1]， 且m為預(yù)設(shè)值，m= 0. 5。％為矩陣整流器主電路功率因數(shù)角，其大小由I
確 定。最后，把占空比送到脈沖分配及驅(qū)動(dòng)電路單元，輸出相應(yīng)脈沖信號(hào)，使得矩陣整流器雙 向開關(guān)工作在網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)的狀態(tài)下。
[0029]W下W數(shù)學(xué)公式解釋本
【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0030] 如圖4所示，經(jīng)過dq變換后，半為d軸和a軸的初始夾角。如圖5所示，此時(shí)，網(wǎng) 側(cè)無功功率為Qs=UwLd-Usdisq，
[0031]
陽0巧其中，u,d、Uw為dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下網(wǎng)側(cè)電壓分量，i,d、isq為dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下網(wǎng)側(cè)電流 分量，Vim為網(wǎng)側(cè)輸入電壓幅值。此時(shí)，當(dāng)(p= 0Ugq= 0時(shí)，且
有J。.令Lq= 0,得 陽033」

[0034]此時(shí)，Qs=USqisd-Usdisq= 0。即當(dāng)矩陣整流器主電路功率因數(shù)角
時(shí)，網(wǎng)側(cè)無功功率Qs=0,從而保證擇N= 1.5稱巧mC曰S化恒定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種矩陣整流器的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)校正方法，其特征在于，包括以下步驟： 51、 預(yù)設(shè)電壓調(diào)制系數(shù)； 52、 通過步驟Sl預(yù)設(shè)的所述電壓調(diào)制系數(shù)計(jì)算出矩陣整流器主電路功率因數(shù)角； 53、 將步驟Sl所述的電壓調(diào)制系數(shù)與步驟S2所述的矩陣整流器主電路功率因數(shù)角代 入空間矢量調(diào)制算法，獲得占空比； 54、 根據(jù)步驟S3獲得的所述占空比控制矩陣整流器雙向開關(guān)的觸發(fā)脈沖，以使得矩陣 整流器雙向開關(guān)工作在預(yù)定狀態(tài)下。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的矩陣整流器的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)校正方法，其特征在于，所述預(yù) 設(shè)電壓調(diào)制系數(shù)的預(yù)設(shè)值為〇. 5,所述預(yù)定狀態(tài)是指網(wǎng)側(cè)無功功率為0。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的矩陣整流器的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)校正方法，其特征在于，在步 驟S2,利用公式如下：其中，仇為矩陣整流器主電路功率因數(shù)角，m為電壓調(diào)制系數(shù)，《為電網(wǎng)電壓頻率，& 為負(fù)載值，(^為輸入濾波器電容值。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的矩陣整流器的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)校正方法，其特征在于，在步驟 S3,其中，設(shè)定1^為目標(biāo)電流矢量，設(shè)定I ^由相鄰的兩個(gè)電流矢量I。和I Ji進(jìn)行PffM矢 量合成，0為Ia和I p的夾角，且0 G [〇, 60° ]，合成公式如下：式中，I。為電流零矢量，Ts為一個(gè)PffM調(diào)節(jié)周期的時(shí)間，T a (0)、Tfi (0)和TQ(0)分 別為一個(gè)PffM調(diào)節(jié)周期內(nèi)Ia、、和I。三個(gè)電流矢量的作用時(shí)間，利用公式如下：上式中，da ( 9 )、dp ( 9 )和dQ( 9 )分別為Ia、Ip和I。的占空比函數(shù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的矩陣整流器的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)校正方法，其特征在于，所述0 由檢測(cè)網(wǎng)側(cè)電壓矢量通過克拉克變換后得到。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種矩陣整流器的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)校正方法，該方法在保證直流輸出電壓穩(wěn)定的前提下校正網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)角，該改變網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)的方法通過改變矩陣整流器主電路功率因數(shù)角，計(jì)算開關(guān)矢量的時(shí)間和分配脈沖控制矩陣整流器主電路的雙向開關(guān)的關(guān)斷，以保證網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)。
【IPC分類】H02M1/42
【公開號(hào)】CN105141122
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510638521
【發(fā)明人】張立平, 王志平, 汪暾, 吳寶健, 鄒兵
【申請(qǐng)人】廣東省自動(dòng)化研究所
【公開日】2015年12月9日
【申請(qǐng)日】2015年9月29日