单相功率因数校正控制技术的研究

作     者：杨威 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张强

授予年度：2019年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：功率因数校正技术 能量平衡 能量控制 双闭环PI控制 

摘      要：人类对电能的需求随着电力电子技术的日益发展而不断提高,为克服用电设备中非线性元件及储能元件导致输入交流电流发生严重畸变的问题,功率因数校正技术应时而生。现如今功率因数校正技术的控制策略普遍采用PI控制是因为传统的PI控制的功率因数校正电路具有良好的稳态性能,且算法简单,易于实现,但是,PI控制器存在着无法避免的积分滞后性,控制器的频宽也限制了电路的动态性能,使得PI控制策略在一些场合不能满足要求,无法使用。本文以近些年研究热度逐渐上升的Buck型PFC作为研究对象,设计了传统双闭环PI控制器,分析了在此控制策略下电路的动态和稳态性能,以及对电路的工作形式及能量流动过程进行了研究,并以此为基础,以提升电路的动态性能为目的,设计了将能量直接作为控制对象的能量控制策略,设计出能量控制器及其工作模式,并对其工作特性进行了分析。能量控制策略以能量平衡作为控制判定依据,采用单周期控制,能够保证每个开关周期内电路为负载提供的能量不会超过负载所需能量的期望值,从而避免了动态过程中的震荡问题,有效的缩短了调节时间。在MATLAB/SIMULINK仿真环境下搭建Buck型PFC控制系统的仿真模型,分别对双闭环控制策略和能量控制策略进行了仿真实验,分析了两种控制方式下系统的启动和负载突变形式的动态性能及系统的稳态性能,从而验证了能量控制策略的可行性与优越性。最后,以TMS320F28335DSP芯片作为处理器搭建了Buck型PFC的主电路及其控制系统的硬件实验平台,分别完成了双闭环PI控制和能量控制下系统的启动实验和负载突变实验,验证了能量控制在动态性能方面的优越性及其可行性,并分析出能量控制在实际应用中所存在的问题,为后续研究提出改进思路。