[發(fā)明專利]一種雙向反饋控制消除PFC紋波的控制系統(tǒng)及控制方法

在審

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• 申請日: 2022-11-30
• 公開（公告）號: CN115842471A
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 費(fèi)亞龍;崔乃東;王山斌;劉威;曾定軍;王震
• 申請（專利權(quán)）人: 中國船舶集團(tuán)有限公司第七〇九研究所
• 主分類號: H02M1/14
• 分類號: H02M1/14;H02M1/42;H02M1/08;H02M1/00;H02M7/44
• 代理公司: 深圳市六加知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44372
• 代理人: 向彬

本發(fā)明公開了一種雙向反饋控制消除PFC紋波的控制系統(tǒng)及控制方法。控制系統(tǒng)包括電網(wǎng)、PFC轉(zhuǎn)換器、電壓外環(huán)調(diào)節(jié)器、電流內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器、PWM波形發(fā)生器、負(fù)載、電感電流、負(fù)載電壓和前饋控制器；負(fù)載電壓與給定做差值后，通過電壓外環(huán)調(diào)節(jié)器輸出電壓電流反饋量；前饋量與電壓反饋量加權(quán)，將電感電流補(bǔ)償并輸入電流內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器，電流內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器輸出電壓電流反饋量至PWM波形發(fā)生器，將PWM波形發(fā)生器輸出波形圖調(diào)制到與給定狀態(tài)下參數(shù)相同，輸出PWM波形。本發(fā)明將電網(wǎng)輸入電壓電流、PFC輸出電壓電流和負(fù)載電壓電流作為前饋補(bǔ)償因子，將前饋量和電壓外環(huán)反饋量加權(quán)補(bǔ)償傳遞給電流內(nèi)環(huán)，調(diào)制PWM波形，使輸出與當(dāng)前給定狀態(tài)相同的波形，以消除PFC紋波對逆變電源的影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及逆變電源技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種雙向反饋控制消除PFC紋波的控制系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)

隨著對高速開關(guān)器件和逆變控制策略的研究不斷深入，逆變電源經(jīng)歷了第一代基于半控型器件的自激推挽式方案，第二代基于全控型器件的他激式方案，第三代基于實(shí)時(shí)反饋控制的新型式方案。該實(shí)時(shí)反饋控制方案能較好的克服第二代逆變電源對非線性負(fù)載的適應(yīng)性差和動態(tài)調(diào)整弱的缺點(diǎn)。該方案在提高逆變電源穩(wěn)定性的同時(shí)，還可以進(jìn)一步體現(xiàn)逆變電源的輕量化和便攜化等優(yōu)點(diǎn)。

PFC(Power-Factor-Correction，功率因素校正電路)電路常常用作兩級式AC/DC變換器結(jié)構(gòu)中的前級，通過整流為后級母線提供穩(wěn)定的電壓，能有效提高網(wǎng)側(cè)電流的功率因數(shù)，減小后級逆變器對電網(wǎng)的諧波及無功污染。其作為一種整流型拓?fù)洌兄喾N電路形式和調(diào)制策略。根據(jù)PFC電路構(gòu)成是否含有源器件可分為：無源PFC變換器和有源PFC變換器，無源PFC變換器采用電感電容等無源器件構(gòu)成，能有效減少功率器件開關(guān)損耗，但電感電容等無源器件的存在，導(dǎo)致體積重量大、輸出不穩(wěn)定、功率因素低等缺陷。有源PFC變換器在提高功率因數(shù)、穩(wěn)定輸出電壓、減小諧波電流有絕對優(yōu)勢，但控制相對復(fù)雜。根據(jù)PFC調(diào)制模式可分為：連續(xù)導(dǎo)通模式(Continuous-Conduction-Mode，CCM)、臨界導(dǎo)通模式(Critical-Conduction-Mode，CRM)和斷續(xù)導(dǎo)通模式(Discontinuous-Conduction-Mode，DCM)。CCM在變壓器磁能尚未完全釋放時(shí)再次導(dǎo)通開關(guān)管，PFC的輸出紋波小但轉(zhuǎn)換效率較低；DCM在變壓器磁能釋放完畢后，延時(shí)導(dǎo)通開關(guān)管，PFC的轉(zhuǎn)換效率雖能有所提高但輸出諧波較大；CRM模式可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開通和關(guān)斷，因此開關(guān)損耗很小，CRM模式雖能很好兼容兩者優(yōu)勢，具有較小的開關(guān)損耗和更小的總諧波失真，功率等級也比較高。但電網(wǎng)電能質(zhì)量、后級逆變電源負(fù)載突變以及PFC功率器件的高頻振蕩對PFC紋波的影響仍在所難免。PFC輸出的紋波，一方面會造成高噪聲，對通信系統(tǒng)造成較強(qiáng)的干擾，另一方面會增加諧波分量對電網(wǎng)的沖擊，增加電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)。除此之外，逆變電源系統(tǒng)由于時(shí)滯元件電感電容等的存在，導(dǎo)致電壓的調(diào)節(jié)會出現(xiàn)一定的滯后，輸出電壓波動較大。傳統(tǒng)的控制策略采用電流內(nèi)環(huán)電壓外環(huán)的控制策略，輸出電壓的變化時(shí)會引起輸出電流的變化，此時(shí)電流內(nèi)環(huán)會先進(jìn)行調(diào)節(jié)抑制電壓的變化，從而使輸出電壓的波動減小，雙閉環(huán)的控制方式雖然可以縮短電壓調(diào)節(jié)時(shí)間，抑制電壓調(diào)節(jié)的滯后性，使系統(tǒng)響應(yīng)速度加快。但雙環(huán)調(diào)節(jié)無法完全消除前級PFC紋波對逆變電源的影響。

鑒于此，克服該現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷是本技術(shù)領(lǐng)域亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何解決PFC紋波對逆變電源造成輸出不穩(wěn)定，以及時(shí)滯性嚴(yán)重的問題。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

第一方面，一種雙向反饋控制消除PFC紋波的控制系統(tǒng)，包括電網(wǎng)、PFC轉(zhuǎn)換器、電壓外環(huán)調(diào)節(jié)器、電流內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器、PWM波形發(fā)生器、負(fù)載、電感電流、負(fù)載電壓和前饋控制器；

所述前饋控制器包括電網(wǎng)電壓電流檢測單元、PFC輸出電壓電流檢測單元、負(fù)載電壓電流檢測單元和處理單元；