Boost PFC变换器的谐波补偿控制策略研究

"本文主要探讨了一种谐波补偿式的Boost功率因数校正(PFC)变换器控制策略，针对非线性负荷导致的电能质量问题，提出了一种平均电流模式下的谐波补偿方法，旨在改善低压配电系统的电能质量和降低治理成本。" 在当前的电力系统中，非线性负荷如开关电源、LED照明等广泛应用，导致低压配网出现严重的谐波和无功功率问题。传统的解决方案如有源电力滤波器(APF)虽然有效，但存在成本高昂和功能单一的缺点。Boost PFC变换器因其输入电流可控和应用广泛的特性，成为解决这一问题的一个理想选择。通过将PFC变换器与谐波和无功功率补偿相结合，可以提升设备利用率，同时降低成本。 然而，对于PFC变换器与配网谐波及无功功率的协同控制策略，现有的研究还相对较少。一些文献提出的方案，如将PFC变换器与不可控整流负荷并联整合或利用带有PFC的LED灯补偿谐波，存在适用场景限制或补偿效果有限的问题。还有文献提出使用集中式比例谐振控制的变换器实现谐波补偿，但这可能需要改变配电网结构，并未彻底解决负荷侧的谐波和无功问题。 本文提出的是一种新的平均电流模式谐波补偿控制策略，适用于不改变配电结构且无需与非线性负荷整合的情况。系统中，Boost PFC变换器通过补偿控制器检测自身和非线性负载的电流，生成补偿参考电压信号，从而实现对公共耦合点(PCC)电流畸变的减小或消除，减轻对连接负载的影响。 系统结构如图1所示，包含一个并联型的单相Boost PFC变换器。为了在复杂电网环境下准确检测同步电压信号，引入了离散差分法。此外，根据控制策略的补偿特性设计了电流内环补偿器，以优化补偿效果。文章还分析了非线性负载电流的谐波分量和基波无功分量如何影响补偿性能，提供了深入的理解。 这种方法的创新之处在于其普适性和实用性，能够在不增加额外硬件改造负担的情况下，利用现有Boost PFC变换器改善电能质量，对低压配电系统的谐波和无功问题提供经济有效的解决方案。这不仅有助于提升电能质量，也有利于电力系统的稳定运行和负载保护，对于推动电能质量管理技术的发展具有积极意义。