中心議題：

• 高功率因數的控製方法
• CT異常對整流器的影響

解決方案：

• is與vs的相位是反相

1 引言

IGBT整流器是一種電壓型PWM整流器，具有能量雙向流動、恒定直流電壓控製，以及高功率因數控製（cosφ≈1.0）等特點。使用該類型整流器除了實現高功率因數節省電能外，還能夠減少電網諧波，省去電網側無功補償svc裝置。本文介紹IGBT整流器功率因數控製的方法及CT損壞對整流器的影響。

2 高功率因數的控製方法

2.1 PWM整流器的組成及工作原理
PWM整流器主回路一般采用二電平PWM整流電路或三電平PWM整流電路，主回路元件采用IGBT元件
，PWM整流器的工作原理與PWM逆變器的工作原理一樣
，按照正弦參考波和三角載波進行比較的方法對IGBT元件進行PWM控製，在整流器交流輸入端產生PWM電壓vc
，其基波的頻率與正弦參考波一致
，幅值與正弦參考波成比例。

改變整流器輸出電壓vc的基波幅值和相位
，就可以使is和vs同相位、反相位、is比vs超前90°、以及is比vs超前/滯後某一所需要的角度。因此，整流器在理論上可以有4種運行方式：整流運行、逆變運行，純靜態無功補償運行以及is超前/滯後任意角度運行。

在實際應用中，整流器主要工作在整流運行狀態和逆變運行狀態。

電壓型PWM整流器控製方框圖組成如圖1所示。

這是一種采用電壓外環
、電流內環結構的控製係統。電壓外環（avr）起控製和穩定整流器輸出直流電壓的作用，在負載或電網波動時，通過反饋電壓和指令電壓比較控製
，保證輸出直流電壓與指令一致。avr一般采用比例積分pi環節。avr的輸出作為整流器電流內環的有功電流的給定（iq*）。

電流內環（acr）有兩個直流電流調節環，一個用於q軸有功電流分量的控製，一個用於d軸無功電流分量的控製。前者的電流給定iq*是電壓控製avr的輸出
，後者的電流給定id*是0（因為控製目標為cosφ≈1.0）。三相實際電流ir、is、it經過3/2坐標變換和旋轉變換後得到的有功電流iq和無功電流id作為相應的電流反饋。而兩個直流電流調節環的輸出vq*、vd*用於PWM控製。
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負荷補償功能主要是考慮逆變器負荷變化時，為了保持電容器上直流電壓vdc的穩定，應根據逆變器負荷變化情況對整流器iq分量進行相應地補償。

2.2 功率因數為1.0的控製方法
所謂高功率因數控製，就是將功率因數控製到1.0。

鑒jian於yu整zheng流liu器qi和he逆ni變bian器qi相xiang互hu之zhi間jian是shi分fen別bie獨du立li運yun行xing的de，它ta們men是shi分fen別bie獨du立li可ke控kong的de
，能neng對dui整zheng流liu器qi的de功gong率lv因yin數shu進jin行xing獨du立li控kong製zhi

，而er不bu受shou馬ma達da負fu荷he及ji運yun轉zhuan速su度du的de影ying響xiang，如ru圖tu2所示。

功率因數控製到1.0實際上就是設法使電源電流is與電壓vs同相位。因此，隻要讓調製正弦參考波落後電網電壓vs一個角度，整流器網側輸出的PWM電壓vcp的基波分量vc落後於vs，使電流is與電壓vs同相，整流器工作在整流狀態
，而且功率因數控製在1.0，如圖3所示。

那麼vc如何來引導is的相位呢
？首先
，從圖2可知道整流器輸入端電壓關係：vs＝vc＋vl 。

忽略變壓器電阻r不計，則電感電壓為vl＝jωlis
，所以vl與is相位是固定的，始終相差90°。在電網電壓vs一定的情況下
，is的幅值和相位僅由矢量vc的幅值及其與vs的相位差來決定，因此隻要改變矢量vc就可以相應改變is

，使is與vs同相位
，實現功率因數控製到1.0的目的。

那麼改變vc到什麼程度才能實現is與vs同相位呢？我們可以畫出有關電壓和電流的矢量圖，如圖4。

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根據圖4可以知道，要把整流器的功率因數控製在1.0的話
，隻要把無功電流設定值設為0（id﹡＝0），通過整流器控製係統調節改變輸出電壓vc的大小和相位，使實際無功電流分量id＝0
，那麼is＝iq+id＝iq，is就能與vs保持在同相位，功率因數控製到了1.0。

當dang電dian動dong機ji減jian速su製zhi動dong時shi，從cong逆ni變bian器qi返fan回hui再zai生sheng能neng量liang使shi直zhi流liu電dian壓ya升sheng高gao，此ci時shi整zheng流liu器qi處chu於yu再zai生sheng逆ni變bian狀zhuang態tai，把ba再zai生sheng能neng量liang回hui饋kui到dao電dian網wang，保bao持chi直zhi流liu電dian壓ya穩wen定ding。

我們希望整流器不論是工作在整流狀態還是逆變狀態其功率因素都等於1.0
，因此整流器工作在逆變狀態時
，隻要做到is與vs的相位是反相的，功率因數同樣可控製在1.0
，這時能量是往電網方向流動的。如圖5和圖6所示。

3 CT異常對整流器的影響

整流器中電流檢測元件采用的是nnc係列有源電流互感器（簡稱CT），整流器中使用CT情況如圖7所示。

CT的好壞直接影響到整流器實際電流的檢測
，也直接關係整流器控製的好壞。CT的異常一般表現為兩種情況，一種是CT損壞檢測不到電流（即電流檢測為0），另一種是CT檢測產生衰減（即電流檢測偏小）
，通常第一種情況發生的概率較大。但不管是哪種情況，都會引起整流器工作不正常。

整流器正常工作時
，r
、s、t三相電流是互相對稱的
，即三相幅值一樣，相位將互差120°，而且任何時刻要保持三相電流之和為0，即ir+is+it=0，日立稱之為電流平衡控製。當係統中某處有漏電產生時，ir+is+it≠0


，起到監控報警作用。

如果CT損壞檢測不到電流（即電流檢測為0，例如r相電流ir＝0），由於電流給定是一直存在的，則因為相電流調節器的作用

，r相電流會越來越大，直到過流跳電或dc過壓跳電（如果dc電壓先起作用的話）。
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如果由於線路缺相

，CT也檢測不到電流（例如r相電流ir＝0），則由於平衡控製會使另外兩相電流的相位差變為180°
，幅值相等（當然為補償“缺相”的那相電流，另兩相電流將增大）
，以滿足矢量和為零的控製要求，如圖8所示。此時，根據r、s、t相實際電流計算出的有功分量電流iq和無功分量電流id已經不是正常直流量，而是含有2倍頻（相電流頻率）成份的交流量，參見圖8，整流器無法正常工作。

如果CT檢測有衰減
，則由於相電流調節器的作用，r相實際電流會偏大，但此時整流器裏的控製和顯示的r相電流值還是與給定值一致的，整流器控製係統本身並不能判斷出該CT有問題。例如在CT正常時，整流器r相實際電流為1000a時，CT檢測輸出10v
，而當CT有衰減時，同樣1000a的電流CT輸出隻有9.5v
，由於電流調節器的作用
，最終結果要把電流調節到“10v”，對應的實際電流為10v/9.5v×1000a=1053a。但CT和控製係統仍然認為整流器r相實際電流為1000a。

小電流測量的CT有異常時，可以通過測試來判斷。但對於大電流CT（例如5000a），由於沒有專用的設備，現場一般很難判斷其好壞
，這方麵問題有待於我們研究和解決。

4 結束語

IGBT高功率因數整流器在現場已經得到了廣泛應用
，效果良好
，係統運行穩定，操作維護方便。由於IGBT高功率因數整流器的應用
，保證了電網側輸入功率因數接近於1.0，有效降低了諧波對電網的影響。