無電解電容單相變換器功率解耦技術(shù)研究.pdf

1、單相電力變換器交流側(cè)與直流側(cè)之間的瞬時功率不平衡，均會將交流側(cè)含有的二倍工頻脈動功率和無功功率輻射到直流側(cè)形成二倍工頻紋波和高次諧波電流，對單相變換器的安全、穩(wěn)定和可靠運行帶來巨大的威脅。DC-Link電解電容常被用于單相變換器中消除直流側(cè)諧波，實現(xiàn)功率解耦。然而，諧波電流流過電容等效串聯(lián)電阻時會產(chǎn)生熱，對系統(tǒng)效率及穩(wěn)定可靠性造成嚴(yán)重影響，故DC-Link電容可靠性問題已經(jīng)成為了制約單相電力變換器發(fā)展的一大因素。消除DC-Link電解電

2、容提高單相變換器可靠性的功率解耦技術(shù)已成為學(xué)術(shù)界的研究熱點和工業(yè)界的熱門話題。
　　本文通過建立單相變換器數(shù)學(xué)模型，揭示二倍脈動功率和無功功率的產(chǎn)生機理和傳播途徑。針對具有差分電路結(jié)構(gòu)特征的單相變換器，提出一種無需添加任何額外元器件的基于差分電容波形控制的功率解耦技術(shù)，通過控制交流側(cè)兩支串聯(lián)差分電容電壓產(chǎn)生交流側(cè)所需要的二倍脈動功率和無功功率。該方法能夠?qū)⒍睹}動功率和無功功率在交流側(cè)進行就地補償，縮短了功率流通路徑，具有效率高、

3、成本低和可靠性高等優(yōu)勢。在此基礎(chǔ)上，本文對電容參數(shù)進行了優(yōu)化設(shè)計，從變換器成本和效率的角度優(yōu)化交流側(cè)兩支電容的容值，確定了對稱結(jié)構(gòu)實現(xiàn)變換器元器件電流應(yīng)力最小，效率較高的電容配置方式。
　　其次，對于不具有差分結(jié)構(gòu)特征的單相變換器，本文在基于差分電容波形控制方法的基礎(chǔ)上，從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的角度出發(fā)構(gòu)造交流側(cè)串聯(lián)電容結(jié)構(gòu)的有源功率解耦模塊，并通過理論分析推導(dǎo)出能夠產(chǎn)生脈動功率且不包含直流分量的電壓波形控制函數(shù)，提出一種基于功率解耦模塊的功

4、率解耦技術(shù)。該方法能夠在不改變原單相變換器結(jié)構(gòu)和控制策略的基礎(chǔ)上，以模塊的形式并聯(lián)在交直流側(cè)端口上實現(xiàn)功率解耦，消除DC-Link電解電容。相比包含直流分量的解耦方法，波形函數(shù)中不包含直流分量的解耦方法能夠減小環(huán)流，提高變換器的工作效率；充分利用交流電容的正負(fù)半周，提高變換器中元器件的利用率，降低成本。
　　本文在Simulink中建立了差分變換器，基于功率解耦模塊的H橋變換器的仿真模型并搭建實驗平臺，通過對比分析驗證了所提出基于