本发明公开了电路控制技术领域中的一种多电平T型变换器的功率因数控制方法。技术方案是,首先获得多电平T型变换器输入侧回路各个电压、电流量的矢量关系;设定多电平T型变换器输出功率;设定电源电压和功率因数,计算多电平T型变换器输入侧基波电压的幅值和相位;通过PWM控制多电平T型变换器输入侧电压的调制度和相位角,调节变换器输入侧基波电压的幅值和相位,使其与计算获得的多电平T型变换器输入侧基波电压的幅值大小相等且相位相同,从而实现对多电平T型变换器功率因数的控制。本发明通过调节变换器输入侧基波电压的幅值和相位,控制多电平T型变换器电源电压与输入侧电流的夹角,从而实现提高多电平T型变换器功率因数的目的。
1.一种多电平T型变换器的功率因数控制方法,其特征是所述方法包括下 列步骤: 步骤1、根据基尔霍夫定律,获得多电平T型变换器输入侧回路各个电压、 电流量的矢量关系; 步骤2、在多电平T型变换器承受的输出功率范围内,设定多电平T型变换 器输出功率; 步骤3、设定电源电压和功率因数,并根据步骤1的矢量关系,计算多电平 T型变换器输入侧基波电压的幅值和相位; 步骤4、通过PWM控制多电平T型变换器输入侧电压的调制度和相位角, 调节变换器输入侧基波电压的幅值和相位,使其与步骤3中计算出的多电平T型 变换器输入侧基波电压的幅值大小相等并且相位相同,从而实现对多电平T型变 换器功率因数的控制。 技术领域 本发明属于电路控制技术领域,尤其涉及一种多电平T型变换器的功率 因数控制方法。 背景技术 在申请人为北京交通大学,申请号为200810118835.1,名称为多电平整 流的T型变换器拓扑结构的专利申请中,提出了多电平T型变换器电路。与 传统的多电平电路相比,多电平T型电路在电路拓展、电容平衡等方面具有 优势。多电平T型变换器的最多层是二极管,无法实现变换器输入侧电流与 输入侧电压反方向的工作模式,因此传统的单位功率因数控制无法应用于多 电平T型变换器。而且,多电平T型变换器的输入侧电流只能跟随多电平T 型变换器两端的输入电压,即多电平T型变换器工作在非单位功率因数下。 所以,多电平T型变换器的输入侧电流与电源电压之间总会存在一个夹角, 即相角差。控制变换器输入侧电压与电源电压保持一个很小的夹角,而输入 电流与变换器输入侧电压又是同相位,因此如果调节这个相角差,便可以提 高多电平T型变换器的输入功率因数。 发明内容 本发明的目的在于,提供一种多电平T型变换器的功率因数控制方法,用 于提高多电平T型变换器的功率因数,从而改善多电平T型变换器的工作效率。 本发明的技术方案是,一种多电平T型变换器的功率因数控制方法,其特 征是所述方法包括下列步骤: 步骤1、根据基尔霍夫定律,获得多电平T型变换器输入侧回路各个电压、 电流量的矢量关系; 步骤2、在多电平T型变换器承受的输出功率范围内,设定多电平T型变 换器输出功率; 步骤3、设定电源电压和功率因数,并根据步骤1的矢量关系,计算多电 平T型变换器输入侧基波电压的幅值和相位; 步骤4、通过PWM控制多电平T型变换器输入侧电压的调制度和相位角, 调节变换器输入侧基波电压的幅值和相位,使其与步骤3中计算出的多电平T 型变换器输入侧基波电压的幅值大小相等并且相位相同,从而实现对多电平T 型变换器功率因数的控制。 本发明的效果在于,通过本发明提供的多电平T型变换器的功率因数控制 方法,在输出功率一定时,通过调节变换器输入侧基波电压的幅值和相位,达 到控制多电平T型变换器电源电压与输入侧电流的夹角的目的,从而实现提高 多电平T型变换器的功率因数的目标,使多电平T型变换器的工作效率得到改 善。 附图说明 图1为本发明实施例提供的三电平T型变换器应用电路图。 图2为本发明实施例提供的三电平T型变换器的输入侧电压波形与电源 电压波形比较图。 图3为传统的单位功率因数控制方式向量图。 图4为本发明提供的功率因数控制方式向量图。 图5为本发明提供的方法流程图。 具体实施方式 下面结合附图,对优选实施例作详细说明。应该强调的是,下述说明仅 仅是示例性的,而不是为了限制本发明的范围及其应用。 不失一般性,本发明以三电平T型变换器作为例子进行说明。图1为本 发明实施例提供的三电平T型变换器应用电路图。图1中,三电平T型变换 器包括开关管S_A11、S_A12、S_B11和S_B12;二极管D_TA11、D_TA12、D_TB11、D_TB12、D_BA11、 D_BA12、D_BB11和D_BB12;电容C_T1和C_T2;以及电感L。 图2为本发明实施例提供的三电平T型变换器的输入侧电压波形与电源 电压波形比较图。图2中,多电平T型变换器的拓扑结构在一个工作周期内 可以分为四个区域,即t1、t2、t3和t4;U_S为变换器输入侧电压曲线、U_S1是 变换器输入侧基波电压曲线,U_N为输入电源电压曲线。当变换器工作在传统 的单位功率因数下,即电流波形与U_N电源电压波形同相时,变换器输入侧电 压U_S在t1和t3时,无法按照图2中所示,提供相应的一级电压(比如,在 t1时,U_N为正,要求U_S为负一级的电压台阶,实际上是做不到的,因为二 极管的单相导电特性决定的,电流波形只能和U_S同相位)。这个说明输入电 流不能始终和输入电源电压保持同相位,即不能工作在单位功率因数下。 如果拓扑结构工作在单位功率因数工况下,则传统的多电平电路工作向 量图如图3。图3为传统的单位功率因数控制方式向量图,图3中,T型变 换器输入侧回路各个电压、电流量的矢量关系为: U → N = U → S 1 + j w N L N I → N 1 ; ]]>其中, ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="24"/>为变换器输入侧基波电压、ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="22"/>为电源电压、ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="72"/>为电感上的电压;ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="21"/>是指输入侧基波电流;ω_NL_N是电感的阻抗大小;j是虚数单位,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="10"/>是电源电 压超前于变换器输入侧基波电压的角度。 如果电路工作的传统的单位功率因数控制方式下,则在t₁和t₃区域,在变 换器的输入端,直流侧电压不能提供相应的一级电压,由于二极管的单向导 电特性决定,忽略回路中电阻上的压降,根据基尔霍夫电压电流定律,新的 等效电路向量图可以构造如图4。图4为本发明提供的功率因数控制方式向 量图。图4中,T型变换器输入侧回路各个电压、电流量的矢量关系为: U → N = U → S 1 + j w N L N I → N 1 . ]]>输入电流ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="16"/>与变换器输入侧基波电压ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="23"/>同相,滞后电源 电压ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="21"/>一个角度ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="48"/>的角度范围为0-90度,不包含0度和90度。这是因 为功率因数的调节范围是0-1,不包含0和1,因此在实施本发明的步骤时, 设定了功率因数后,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="10"/>的角度也就确定,其范围只能是在0-90度之间。 图5为本发明提供的方法流程图。图5中,本发明的多电平T型变换器 的功率因数控制方法的实现过程是: 步骤501、根据基尔霍夫定律,获得多电平T型变换器输入侧回路各个电 压、电流量的矢量关系。 多电平T型变换器输入侧回路各个电压、电流量的矢量关系如图4所示, 其各个量的关系为: U → N = U → S 1 + j w N L N I → N 1 . ]]>ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="25"/>为变换器输入侧基波电压、ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="23"/>为 电源电压、ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="76"/>为电感上的电压;ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="21"/>是指输入侧基波电流;ω_NL_N是电感 的阻抗大小;j是虚数单位,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="10"/>是电源电压超前于输入电流的角度。 步骤502、在多电平T型变换器承受的输出功率范围内,设定多电平T型 变换器输出功率。设定多电平T型变换器输出功率,以此功率为多电平T型变 换器工作时的稳定功率。 步骤503、设定电源电压和功率因数,并根据步骤501的矢量关系计算多 电平T型变换器输入侧基波电压的幅值和相位。 在电源电压和功率一定时,即ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="21"/>已知,电路中输入电流ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="20"/>已知;而电路 中电感的阻抗ω_NL_N也是已知的。此时,再根据多电平T型变换器所要达到的 工作效率的要求,设定功率因数。功率因数设定后,功率因数角ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="10"/>的大小也就 确定了,由501的各量关系可以求得多电平T型变换器输入侧基波电压的幅值 和相位。 步骤504、通过PWM控制多电平T型变换器输入侧电压的调制度和相 位角,调节变换器输入侧基波电压的幅值和相位,使其与步骤503中计算的 多电平T型变换器输入侧基波电压的幅值大小相等并且相位相同。 PWM(Pulsexa0Widthxa0Modulation,脉宽调制)控制是指脉宽调制控制,根据 采样控制理论的重要原理——冲量等效原理,即大小、波形不同的窄脉冲变量 作用于惯性系统时,只要它们的冲量即变量对时间的积分相等,其作用效果基 本相同,按一定规律控制功率开关器件导通或断开,使输出端获得一系列宽度 不等、高度相同的矩形脉冲电压波形。PWM控制可以利用DSP(Digitalxa0Signal Processor,数字信号处理器)或者其它芯片控制元件实现。调制度就是指输出 交流基波电压的幅值与等效脉冲电压波形(PWM波形)的大小之比,大小在 0~1之间变化,当PWM波形大小不变时,可以通过控制调制度的大小调节输 出交流基波电压的幅值。由此,得到多电平T型变换器输入侧基波电压的幅值, 实现对多电平T型变换器的功率因数的控制。 本发明在输出功率一定的情况下,通过调节变换器输入侧基波电压的幅值 和相位,达到控制多电平T型变换器电源电压与输入侧电流的夹角的目的,从 而实现提高多电平T型变换器的功率因数的目标,使多电平T型变换器的工作 效率得到改善。 以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不 局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可 轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明 的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。