基于多相耦合电感的SWISS整流器研究

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随着电力设备的大量应用,其中的相控整流和不可控整流给电力系统带来了严重的谐波和无功污染,功率因数校正技术(Power Factor Correction,PFC)因能从源头上减小每台用电设备的谐波而得到广泛应用。SWISS整流器作为一种新型的三相降压型PFC整流电路,因具有器件应力低,输出范围宽,控制简单,效率高等优点而备受关注,其在电动汽车充电,通信服务器供电以及大功率照明等低压大功率场合具有非常广阔的应用前景,深入研究其环路校正和有源阻尼等技术具有重要理论价值和实际意义。本文围绕基于多相耦合电感SWISS整流器的部分并联结构(Partial Paralleled SWISS Rectifiers,PPSRs)进行研究。首先分析了耦合电感的磁路结构,求得其数学模型后进行了工作原理的分析,推导出输入电流和输出电压的表达式,得到控制框图。其次为提高系统动态性能,使用状态空间平均建模法搭建其小信号模型,通过比较实际电路和小信号模型电路在各状态变量阶跃输入下响应波形的形状以及动态特征参数,验证了模型的正确性;利用小信号模型,对系统控制环路进行定量分析,推导系统传递函数,利用零极点关系和波特图对PI参数进行了整定,使得电流环具有良好的跟随性能,电压环具有较好的抗干扰性能。然后,为抑制输入滤波器谐振尖峰,减小输入电流畸变,研究了无源阻尼和有源阻尼两类方法,并最终提出了适用于SWISS整流器的有源阻尼控制策略。对比了四种无源阻尼结构,综合考虑滤波效果和损耗,选择电感并电阻结构,进行了滤波器参数优化;以滤波效果最优为目标,研究了电阻并电容的等效状态变量反馈有源阻尼实现方法,将输入滤波器等效到不控整流输出侧,绕开不可控整流建模,构建了带耦合电感的PPSRs双闭环有源阻尼滤波控制框图。最后在MATLAB中搭建了仿真模型,比较了有无交错并联、不同阻尼方法以及PI参数整定前后三种情况下系统的稳态和动态波形,仿真结果表明带多相耦合电感的PPSRs输入电流在边界处畸变及总畸变得到了显著改善,有源阻尼控制策略有效,PI整定后系统环路更加稳定,动态性能更好。
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