高性能數字功率因數校正系統精確建模與控制方法研究

《高性能數字功率因數校正系統精確建模與控制方法研究》是依託南京理工大學，由孫大鷹擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高性能數字功率因數校正系統精確建模與控制方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：孫大鷹
• 依託單位：南京理工大學

項目摘要

為了保證電網供電質量及可靠性，降低能量損耗，提高能源利用效率，功率因數校正技術被廣泛使用於電力電子系統，以降低諧波污染和提高電網輸入功率因數。模擬控制方案所固有的缺陷，限制其發展及套用前景，數字控制方案所具有的優勢使其正成為功率因數校正技術領域研究和套用熱點，然而目前研究中整體存在難以實現系統全工作範圍內高功率因數值、控制電路動態調節性能偏低等問題。本課題將系統研究數字PFC系統調節機理，從系統功率級拓撲電路中關鍵器件入手，提取關鍵寄生參數，基於帶非線性寄生參數差分方程組，推導建立功率級拓撲電路精確數學模型；分析數字控制採樣量化和控制時延在系統時域及頻域中影響，進而建立數字控制電路精確數學模型；以數字PFC系統整體環路數學模型為基礎，設計並最佳化數字控制電路架構和控制算法，並基於實際電路結構設計目標預測補償算法，降低實時調節誤差，最終提高數字PFC系統全工作範圍內功率因數值和動態調節性能。

結題摘要

為了保證電網供電質量及可靠性，降低能量損耗，提高能源利用效率，功率因數校正技術被廣泛使用於電力電子系統，以降低諧波污染和提高電網輸入功率因數。模擬控制方案所固有的缺陷，限制其發展及套用前景，數字控制方案所具有的優勢使其正成為功率因數校正技術領域研究和套用熱點，然而目前研究中整體存在難以實現系統全工作範圍內高功率因數值、控制電路動態調節性能偏低等問題。課題系統研究了不同工作模式下數字PFC系統調節機理，基於系統拓撲電路帶非線性寄生參數差分方程組，系統分析數字控制採樣量化和控制時延在時域及頻域中影響，推導建立系統整體環路數學模型；針對數字PFC系統不同工作模式，提出系列新型控制算法，設計並最佳化數字控制電路架構及關鍵轉換電路，最終提高數字PFC系統不同工作模式下全工作範圍內功率因數值和動態調節性能。針對數字PFC系統中低功率套用場合，數字PFC系統工作於DCM工作模式，提出了一種基於輸入輸出電壓值的動態調節環路控制參數和輸出占空比的數字控制器架構，能夠有效降低諧波污染，提高輸出穩定性和功率因數值，輸入電壓為90-264VAC或者輸出負載為10%至滿載時，穩定輸出直流電壓460V，穩態偏差小於3V，穩態偏差率小於1%，且功率因數值均保持在0.990以上，解決了系統在輸入電壓較高或者輸出負載較輕情況下功率因數校正性能較低的問題；針對數字PFC系統中高功率套用場合，數字PFC系統工作於CCM工作模式，提出了一種環路工作變數預測和動態調節環路控制的數字控制器架構，並提出一種高解析度高線性度數字脈寬調製電路，動態調節延遲單元總體延遲時間，降低了工作溫度、工作電壓變化對電路調節線性度影響，最終提高系統的功率因數值和動態調節性能，輸入電壓為90-264VA或者輸出負載為10%至滿載時，系統穩定輸出直流電壓400V，穩態偏差小於4V，穩態偏差率小於1%，功率因數值均保持在0.990以上，動態調節時間小於60ms，輸出電壓過沖值小於3%，解決了系統在全工作範圍內難以兼顧穩定性能和動態調節性能的問題。