[发明专利]一种针对数字控制延时的牵引整流器功率因数补偿方法

权利要求书

1.一种针对数字控制延时的牵引整流器功率因数补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据数字控制器的采样过程分析并计算牵引整流器控制环节的采样延时：

在用数字控制器编程实现牵引整流器的控制时，需要采集的模拟量包括网侧电压、网侧电流和直流侧电压；由于模数转换和量化计算均需要一定时间，当前采样周期采集到的模拟信号只能在下一个调制波更新时刻才能上载到调制波，因此，采样数据从采集开始到数据更新的过程存在1个周期的采样延时，当采样频率为f_c时，采样延时大小为T_s＝1/f_c；

步骤2：根据数字控制器的脉冲生成过程分析并计算牵引整流器控制环节的PWM延时：

为了避免调制波与载波发生多次交截、防止出现脉冲竞争现象，PWM的更新方式有单更新模式和双更新模式两种；

在单更新模式下，调制波在三角载波的波峰或波谷时刻更新调制波再与三角载波进行比较生成控制脉冲；在这种情况下，调制波在一个载波周期T_c，即一个开关周期内保持不变，表现为零阶保持器特性，零阶保持器的传递函数为：

在单更新模式下，计算PWM过程引入的数字延时为0.5T_c；

在双更新模式下，调制波在三角载波的波峰和波谷时刻均更新一次调制波，同时与三角载波比较生成控制脉冲；在这种情况下，调制波在半个载波周期内保持不变，根据零阶保持器的近似关系：

可知在双更新模式下，PWM过程引入了0.25T_c的数字延时；

步骤3：计算功率因数补偿所需的移相角度：

在大功率、低开关频率的牵引整流器中，数字控制延时包括采样延时和PWM延时，根据步骤1和步骤2可估算出总的数字控制延时为：

在牵引整流器中，网侧电压电流的频率均为固定的工频，因此，数字控制延时在瞬态电流控制中带来的滞后相角可以通过(4)计算：

式中ω＝2πf＝100π，数字控制延时带来相位滞后，加剧瞬态直接电流控制的稳态误差，进而导致牵引整流器网侧功率因数的降低，因此提高功率因数所需要的相角即为数字控制延时带来的滞后相角；

步骤4：对调制波进行移相变换：

带有数字控制延时的调制波m(t)表示为：

式中，A和δ分别是调制信号的幅值和交流侧阻抗角，是数字控制引起的滞后相角；

假设瞬态直接电流控制中不存在数字控制延时，则理想的调制信号m^*(t)为：

根据三角函数的变换公式，式(6)变换为：

考虑到牵引整流器控制的调制频率为常数，因此可得到：

将式(5)和式(8)代入式(7)，推出：

为了避免高频噪声对式(9)中的微分运算造成影响，引入一阶低通滤波器；因此，功率因数补偿算法的传递函数形式可描述为：

其中τ是一阶低通滤波器的时间常数，s是复频率。

2.根据权利要求1所述的一种针对数字控制延时的牵引整流器功率因数补偿方法，其特征在于，所述步骤4中对调制波进行移相变换的传递函数在数字实现时，可使用后向欧拉差分方法将其转换为差分方程，即为：

m^*(k)＝d₁m^*(k-1)+d₂m(k)-d₃m(k-1) (11)

式中，d₁＝τ/(T_s+τ)，