基于双BUCK拓扑的静止变流器和串联混合有源电力滤波器的研究

论文摘要

随着航空工业的不断发展,飞机及其用电设备对电源系统性能的要求越来越高,这主要体现在两个方面:1、电源要可靠性高,变换效率高,体积重量小;2、电源的电能质量要高。为此本文首先介绍了一种单相半桥双降压式逆变器。分析了其电流连续、断续工作模式,并给出了电流断续的临界条件。研究了一种半桥双降压式逆变器的单电流检测控制方法,在不影响逆变器其它性能的前提下,节约了逆变器的成本。研究了一种负载电流正反馈的补偿控制方法,该方法在大功率逆变场合能有效的提高逆变器的外特性。给出了半桥双降压式逆变器的输出滤波器的设计原则和优化设计方法,设计出的滤波器提高了逆变器的电气性能,减小了逆变器的体积重量。然后介绍了一种三相半桥双降压式逆变器。阐述了三相半桥双降压式逆变器的拓扑构成和控制方法。研究了相不平衡负载和线不平衡负载条件下三相输出电压不平衡的程度,给出了三相输出电压出现最大不平衡的条件。分析了三相输出电压平衡性对三相基准正弦波发生器的要求,指出了提高三相基准电压幅值精度和相位精度的方法。研究了电压环控制参数不平衡对三相输出电压不平衡的影响,给出了通过调节控制参数提高三相输出电压平衡性的方法。另外大量机载电子设备的应用,使航空电源谐波污染日益严重,这些谐波问题不解决会给飞机的安全运行带来极大隐患。目前国内外研究的绝大部分混合有源电力滤波器都是针对50Hz恒定频率的工频电网设计的,而变频交流电源是现在飞机主电源的发展趋势。于是本文还介绍了一种适用于变频电源的航空串联混合有源电力滤波器。阐述了该航空串联混合有源电力滤波器的系统构成、控制策略和谐波抑制原理。研究了其有源装置容量与电源频率、无源滤波电容、负载的关系。在分析了负载特性的基础上,给出了主要滤波参数的设计原则。分析了有源电力滤波用逆变器和电源用逆变器的不同之处,以及提高电流控制逆变器抗谐波电压扰动的方法。采用了一种适用于单相电路的基于鉴相原理的基波电流检测方法,利用DSP实现了基波电流的实时检测。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 电能质量的定义及其指标
• 1.1.2 谐波的危害
• 1.1.3 谐波的治理方法
• 1.2 有源电力滤波器的国内外研究现状
• 1.2.1 有源电力滤波器的发展史
• 1.2.2 有源电力滤波器的拓扑结构类型
• 1.3 选题意义和研究内容
• 1.3.1 选题意义
• 1.3.2 研究内容
• 第二章 单相半桥双降压式逆变器的研究
• 2.1 一种模块化单相航空静止变流器的系统结构
• 2.2 单相半桥双降压式逆变器拓扑结构及控制策略
• 2.2.1 主电路拓扑及其特点
• 2.2.2 半周期两态电流滞环控制策略
• 2.3 单相半桥双降压式逆变器电感电流连续模态分析
• 2.3.1 电感电流连续时的工作模态分析
• 2.3.2 连续模态仿真验证
• 2.3.3 连续模态实验验证
• 2.4 单相半桥双降压式逆变器电感电流断续模态分析
• 2.4.1 电感电流断续的条件
• 2.4.2 电感电流断续时的模态分析
• 2.4.3 电感电流断续对输出电压的影响
• 2.4.4 断续模态仿真验证
• 2.4.5 断续模态实验验证
• 2.5 单相半桥双降压式逆变器的单电流检测控制方法
• 2.5.1 采用单电流检测控制方法的必要性
• 2.5.2 单电流检测控制方法的原理
• 2.5.3 单电流检测控制方法的仿真验证
• 2.5.4 单电流检测控制方法的实验验证
• 2.6 一种提高逆变器外特性的负载电流正反馈控制方法
• 2.6.1 采用负载电流正反馈控制的意义和实现方法
• 2.6.2 负载电流正反馈控制方法的仿真及实验验证
• 2.7 单相半桥双降压式逆变器输出滤波器的设计
• 2.7.1 电流滞环控制的开关频率
• 2.7.2 开关频率与调制电压频谱的关系
• 2.7.3 开关频率与滞环宽度的选取
• 2.7.4 滤波电感的选取
• 2.7.5 滤波电容的选取
• 2.7.6 输出滤波器设计步骤及实例计算
• 2.7.7 实验验证
• 2.8 样机总体性能指标及实验数据
• 2.9 小结
• 第三章 三相半桥双降压式逆变器
• 3.1 一种模块化三相航空静止变流器的系统结构
• 3.2 三相半桥双降压式逆变器拓扑结构及控制策略
• 3.2.1 主电路拓扑及其特点
• 3.2.2 三相控制策略
• 3.2.3 三相半桥双降压式逆变器工作原理的仿真验证
• 3.2.4 三相半桥双降压式逆变器工作原理的实验验证
• 3.3 不平衡负载与三相输出电压对称性的关系
• 3.3.1 不同负载下基准电压与输出电压在幅值、相位及THD 上的差别
• 3.3.2 相不平衡负载下三相输出电压幅值、相位的最大不平衡分析
• 3.3.3 线不平衡负载对三相输出电压对称性的影响
• 3.4 三相基准电压与三相输出电压对称性的关系
• 3.4.1 三相输出电压对称性对三相基准电压的要求
• 3.4.2 三相基准正弦波发生器
• 3.4.3 阶梯波合成三相基准正弦波发生器减小幅值、相位偏差的方法
• 3.5 三相控制参数与三相输出电压对称性的关系
• 3.5.1 三相控制电路参数不对称对三相输出电压对称性的影响
• 3.5.2 三相控制电路参数对三相输出电压不对称性的抑制能力
• 3.6 样机总体性能指标及实验数据
• 3.7 小结
• 第四章 航空串联混合有源电力滤波器
• 4.1 机载非线性负载分析
• 4.1.1 几种典型的机载非线性负载
• 4.1.2 整流电路的谐波分析
• 4.1.3 阻容负载整流电路谐波分析的实验
• 4.2 航空串联混合有源电力滤波器工作原理
• 4.2.1 航空串联混合有源电力滤波器系统结构
• 4.2.2 基波电流补偿控制策略
• 4.2.3 变频电源谐波抑制原理
• 4.3 航空有源电力滤波器有源装置容量分析
• 4.4 航空串联混合有源滤波器的关键滤波参数设计
• 4.4.1 无源滤波电容Cf 的设计
• 4.4.2 耦合变压器CT 的设计
• 4.5 航空串联混合有源电力滤波器对所用逆变器的要求
• 4.5.1 对逆变器直流侧母线电压的要求
• 4.5.2 对逆变器滞环宽度、及滤波电感的要求
• 4.6 航空串联混合有源电力滤波器的实时基波检测方法
• 4.6.1 SPASHAPF 的基波电流检测方法
• 4.6.2 基波电流检测中的低通滤波器
• 4.6.3 基波电流检测的硬软件实现
• 4.7 航空串联混合有源电力滤波器的工程应用技术及仿真
• 4.7.1 工程应用中提高电源功率因数的方法
• 4.7.2 航空串联混合有源电力滤波器的系统仿真
• 4.8 航空串联混合有源电力滤波器的实验验证
• 4.9 小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文的主要工作与创新点
• 5.2 进一步工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间科研成果及发表的学术论文