2 網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)

功率因數(shù)是對電能進(jìn)行安全有效利用的衡量標(biāo)準(zhǔn)之一。目前，功率因數(shù)校正技術(shù)走過了從無功功率補(bǔ)償?shù)綗o源、有源濾波，再到有源功率因數(shù)校正和單位功率因數(shù)變換技術(shù)的發(fā)展歷程。實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)變換是應(yīng)用各種控制算法對整流器進(jìn)行控制的目的所在。

對電力電子變流裝置的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)的具體定義如下。

以單相電源為例，設(shè)網(wǎng)壓無諧波且可表示為

3 PWM整流器四象限運(yùn)行原理

圖5為PWM整流器模型電路。從圖5中可以看出：PWM 整流器模型電路由交流回路、功率開關(guān)管橋路以及直流回路組成。其中交流回路包括交流電動(dòng)勢E以及網(wǎng)側(cè)電感L 等;直流回路包括負(fù)載電阻RL及負(fù)載電動(dòng)勢eL等。

由式(23)知：通過對模型電路交流側(cè)的控制，就可以控制其直流側(cè)，反之亦然。

穩(wěn)態(tài)條件下，PWM 整流器交流側(cè)矢量關(guān)系如圖6所示。當(dāng)以電網(wǎng)電動(dòng)勢矢量為參考時(shí)，通過控制交流電壓矢量V 即可實(shí)現(xiàn)PWM 整流器的四象限運(yùn)行。假設(shè)| I |不變，因此| VL |=棕L| I |也固定不變;隨著交流電流矢量I 方向的變化，PWM 整流器交流電壓矢量V 端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡構(gòu)成了一個(gè)以|VL| 為半徑的圓。進(jìn)一步分析，可得PWM整流器四象限運(yùn)行規(guī)律

如下：

1)電壓矢量V 端點(diǎn)在圓軌跡AB 上運(yùn)動(dòng)時(shí)，PWM整流器運(yùn)行于整流狀態(tài)。此時(shí)，PWM整流器需從電網(wǎng)吸收有功及感性無功功率，電能將通過PWM 整流器由電網(wǎng)傳輸至直流負(fù)載。當(dāng)PWM整流器運(yùn)行在B點(diǎn)時(shí)，則實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)整流控制。

2)當(dāng)電壓矢量V端點(diǎn)在圓軌跡BC上運(yùn)動(dòng)時(shí)，PWM整流器運(yùn)行于整流狀態(tài)。此時(shí)，PWM 整流器需從電網(wǎng)吸收有功及容性無功功率，電能將通過PWM 整流器由電網(wǎng)傳輸至直流負(fù)載。

3)當(dāng)電壓矢量V 端點(diǎn)在圓軌跡CD上運(yùn)動(dòng)時(shí)，PWM整流器運(yùn)行于有源逆變狀態(tài)。此時(shí)PWM整流器向電網(wǎng)傳輸有功及容性無功功率，電能將從PWM整流器直流側(cè)傳輸至電網(wǎng)。

4)當(dāng)電壓矢量V 端點(diǎn)在圓軌跡DA上運(yùn)動(dòng)時(shí)，PWM整流器運(yùn)行于有源逆變狀態(tài)。此時(shí)，PWM整流器向電網(wǎng)傳輸有功及感性無功功率，電能將從PWM整流器直流側(cè)傳輸至電網(wǎng)。

顯然，要實(shí)現(xiàn)PWM整流器的四象限運(yùn)行，關(guān)鍵在于網(wǎng)側(cè)電流的控制。一方面，可以通過控制PWM整流器交流側(cè)電壓，間接控制其網(wǎng)側(cè)電流;另一方面，也可通過網(wǎng)側(cè)電流的閉環(huán)控制，直接控制PWM整流器的網(wǎng)側(cè)電流。

本文所述控制算法均屬于后者。