电力系统分析论文

由于大量电力电子设备作为电能变换环节接入电网，造成网

侧电流的严重畸变，使得电网功率因数和电能利用率大大降低[1]。因此 PFC 技术得到了极大发展与广泛应用，有效提高了电网的功率因数。迄今为止，已经出现了多种电路拓扑、工作模式和控制策略，包括有源和无源 PFC、单级和多级交错 APFC、有桥和无桥 APFC 电路[2]、三种导通模式（连续 CCM、临界 CRM 和断续 DCM），出现了几种发展应用广泛的控制原理，如传统双闭环控制、跟随控制和单周期控制等。迄今为止，基于 AC-DC 变换器的功率因数校正器已发展的非常成熟，广泛应用于各个领域。使得输入功率因数显著提高，并且为后级电路提供输出平直稳定的直流输出电压。提高了电能利用率，减轻了网侧的谐波电流污染，同时作为后级电路稳定工作的基础环节，提高生产能力。其拓扑结构包括有源和无源 APFC、单级和多级 APFC、有桥和无桥 APFC 电路等等。无源 PFC 是指不适用晶闸管等有源器件组成的校正电路，一般由无源器件组成，是指不需要外加电源驱动，就可以发挥自身特性的电子元件，如二极管不控整流桥、电阻类、电容类和电感类器件等。如图 1-1 所示，为采用桥前电抗器构成的无源 PFC 电路拓扑。除此之外，还可采用 LC 滤波器等。

其工作原理是由于整流桥后接电容，映射到整流桥前端显现出非线性负载的特性，形成容性谐波电流，因此在整流桥前增加电感，利用电感电流滞后于电感电压的特点，电感电流与电容电流相互补偿，改善网侧的功率因数。同时电感电流不能突变，抵消电容充电时形成的强电流脉冲冲击，减小网侧电流畸变1.2 变频空调 PFC 发展现状

变频空调为单相交流供电的重要应用场合，基本电路结构为单相 AC-DC 变换器－三相电压源逆变器－PMSM 压缩机变频调速系统。前级采用二极管整流桥作为 AC-DC 变换环节[8]，输出端接电解电容，映射到网侧会带来以下问题：（1）输入电流谐波含量大，造成严重的电网污染，电网利用率下降，被迫加大个别元器件的额定容量，结果造成最终输出电压的不足；（2）直流回路电压波动较大，影响后级逆变器的输出性能；（3）变频家电量大面广，而且市场前景可观，其影响将更加严重。为了通过“3C”认证或 CE 认证[9][10]，功率因数校正电路广泛应用于变频空调中。应用于变频空调中的功率因数校正器包括两种形式：无源 PFC 和有源 PFC。鉴于目前实际应用状况，无源 PFC 理论上输出功率范围不受。部分有源滤波由于控制效果不完善，输出功率范围很难做得很大，也很难完全调节。完全有源滤波技术已经成熟，控制效果完善，可以采用并联交错结构有源 PFC 或串联交错结构有源 PFC 提升输出功率。目前，单相有源 PFC 的应用已经很广泛，高档变频空调出口机一般都采用单相有源 PFC

电路。随着单相有源 PFC 技术的发展，许多新型单相有源 PFC 电路被学者提出[11][12]，它们具有新型的电路结构，并且可以直接应用传统单相 APFC的已经发展成熟的工作原理和控制策略。不但丰富了单相单相有源 PFC 电路拓扑，并且某些拓扑结构新颖实用，值得进一步研究和开发。