正版 单相电力电子变换器的二次谐波电流抑制技术 阮新波,张力,黄

电力电子新技术系列图书序言前言第1章绪论11.1两级式单相变换器的应用11.1.1单相变换器的应用11.1.2单相变换器的结构41.2二次谐波电流的产生和传播51.3二次谐波电流的危害61.4二次谐波电流抑制方法71.4.1基于无源元件的二次谐波电流抑制方法71.4.2基于DC-DC变换器控制的二次谐波电流抑制方法81.4.3基于功率解耦的二次谐波电流抑制方法131.5二次谐波电流补偿器161.5.1二次谐波电流补偿器的控制策略161.5.2加入二次谐波电流补偿器的两级式单相变换器系统的稳定性181.6本章小结20参考文献20第2章两级式单相变换器中二次谐波电流抑制的基本思路262.1两级式单相变换器中DC-DC变换器的分类262.2两级式单相变换器中DC-DC变换器的交流小信号模型272.3两级式单相变换器中DC-DC变换器的母线端口阻抗特性292.3.1两级式单相DC-AC逆变器中BVCC的母线端口阻抗推导302.3.2两级式单相DC-AC逆变器中BCCC的母线端口阻抗推导302.3.3两级式单相PFC变换器中BCCC的母线端口阻抗推导322.3.4两级式单相PFC变换器中BVCC的母线端口阻抗推导332.3.5BVCC和BCCC的母线端口阻抗特性讨论342.4二次谐波电流抑制的基本方法352.4.1BVCC的二次谐波电流抑制方法352.4.2BCCC的二次谐波电流抑制方法362.4.3基于二次谐波电流补偿器的二次谐波电流抑制方法362.5本章小结39参考文献39第3章两级式单相DC-AC逆变器中前级为Buck类BVCC的二次谐波电流抑制方法413.1二次谐波电流的传播机理413.2Buck类BVCC的二次谐波电流抑制方法423.2.1虚拟串联阻抗和虚拟并联阻抗的引入423.2.2Buck变换器中虚拟串联阻抗和虚拟并联阻抗的选取433.3Buck类BVCC的二次谐波电流抑制控制策略推导473.3.1加带通滤波器电感电流反馈的二次谐波电流抑制控制策略473.3.2基于虚拟电阻的二次谐波电流抑制控制策略483.3.3带阻滤波器级联电压调节器的二次谐波电流抑制控制策略483.3.4加带通滤波器电容电压反馈的二次谐波电流抑制控制策略483.3.5加带阻滤波器负载电流前馈的二次谐波电流抑制控制策略493.3.6加入负载电流前馈并复用带阻滤波器的二次谐波电流抑制控制策略493.3.7不同二次谐波电流抑制控制策略的比较513.4兼顾二次谐波电流抑制和稳定裕度的闭环参数设计523.4.1采用VRS时的闭环参数设计533.4.2采用BPF-ICFS时的闭环参数设计573.4.3采用NF-VL+LCFFS时的闭环参数设计583.5采用不同控制策略时Buck类BVCC母线端口阻抗的对比603.6实验验证613.7本章小结65参考文献66第4章两级式单相DC-AC逆变器中前级为Boost类BVCC的二次谐波电流抑制方法684.1二次谐波电流在Boost类BVCC和直流输入源中的传播机理684.2Boost类BVCC的二次谐波电流抑制方法694.2.1虚拟串联阻抗和虚拟并联阻抗的引入694.2.2Boost变换器中虚拟串联阻抗和虚拟并联阻抗的选取714.3Boost类BVCC的二次谐波电流抑制控制策略推导754.3.1加带通滤波器的二极管(电感)电流反馈的二次谐波电流抑制控制策略754.3.2基于虚拟电阻的二次谐波电流抑制控制策略754.3.3加带阻滤波器负载电流前馈的二次谐波电流抑制控制策略764.3.4带阻滤波器级联电压调节器并加入负载电流前馈的二次谐波电流抑制控制策略774.3.5不同二次谐波电流抑制方法的比较774.4兼顾二次谐波电流抑制和稳定裕度的闭环参数设计804.4.1采用VRS时的闭环参数设计804.4.2采用BPF-ICFS时的闭环参数设计844.4.3采用NF-VR+LCFFS时的闭环参数设计864.5采用不同控制策略时Boost类BVCC母线端口阻抗的对比874.6实验验证894.7本章小结93参考文献93第5章基于DCX-LLC谐振变换器的两级式DC-AC逆变器中二次谐波电流抑制方法955.1二次谐波电流的传播机理955.2预调节器+LLC变换器的小信号模型965.2.1LLC谐振变换器的小信号模型965.2.2DCX-LLC谐振变换器小信号模型的近似简化985.2.3预调节器+LLC变换器的小信号模型995.3抑制二次谐波电流的基本思路1005.3.1Cb1和Cb2的设计1005.3.2抑制二次谐波电流的基本思路1015.4抑制前级预调节器+LLC变换器中二次谐波电流的控制策略1025.4.1在电压环中加入带阻滤波器1025.4.2在整流桥支路引入虚拟串联阻抗1025.4.3同时加入带阻滤波器并引入虚拟串联阻抗1045.5实验验证1045.5.1两级式DC-AC逆变器的实现1045.5.2虚拟串联阻抗的设计1055.5.3不同控制策略下前级变换器的输出阻抗对比1065.5.4实验结果1065.6本章小结110参考文献110第6章两级式逆变器中前级为BCCC的二次谐波电流抑制方法1126.1前级Boost变换器的小信号模型1126.2二次谐波电流抑制方法1146.2.1前级Boost变换器中二次谐波电流抑制方法1146.2.2光伏电池中二次谐波电流的抑制方法1166.3抑制二次谐波电流的控制方法1176.3.1谐振峰的阻尼1176.3.2电感电流反馈系数与电压调节器的设计方法1206.3.3基于PIR调节器的抑制二次谐波电流的控制方法1226.4设计实例1226.4.1系统闭环参数设计1236.4.2谐振调节器设计1246.5实验验证1256.6本章小结127参考文献128第7章两级式单相PFC变换器中DC-DC变换器的二次谐波电流抑制方法1307.1二次谐波电流的传播机理1307.2后级DC-DC变换器中的二次谐波电流抑制方法1317.2.1后级DC-DC变换器为BCCC1317.2.2后级DC-DC变换器为BVCC1327.3后级DC-DC变换器中的二次谐波电流的抑制方法1377.3.1基于带通滤波器的输入电流或输出电流反馈的二次谐波电流抑制方法1377.3.2基于带阻滤波器输入电流前馈的二次谐波电流抑制方法1377.3.3带阻滤波器级联电压调节器并加入输入电流前馈的二次谐波电流抑制方法1407.3.4不同二次谐波电流抑制控制策略的比较1407.4后级DC-DC变换器的闭环参数设计方法1417.4.1中间母线电压环环路增益的推导1427.4.2NF-ICFFS的闭环参数的设计方法1437.4.3BPF-OCFS的闭环参数的设计方法1467.4.4NF-VR+ICFFS的闭环参数的设计方法1477.5实验验证1487.5.1移相控制全桥变换器为BCCC1487.5.2移相控制全桥变换器为BVCC1497.6本章小结152参考文献153第8章AC-DC-AC变换器系统中DC-DC变换器的二次谐波电流抑制方法1548.1AC-DC-AC变换器系统中二次谐波电流的产生和传播机理1548.1.1二次谐波电流的产生1548.1.2二次谐波电流的传播机理1558.2抑制二次谐波电流的基本思路1568.2.1DC-DC变换器控制Vbus2时二次谐波电流的抑制思路1578.2.2DC-DC变换器控制Vbus1时二次谐波电流的抑制思路1598.3抑制二次谐波电流的控制策略1598.3.1基于虚拟串联阻抗的二次谐波电流抑制控制策略1598.3.2加入虚拟串联阻抗后的参数设计准则1628.4实验结果1648.4.1AC-DC-AC变换器系统的实现1648.4.2虚拟串联阻抗的参数设计1668.4.3实验结果1678.5本章小结169参考文献169第9章二次谐波电流补偿器的电流基准前馈控制1719.1无电解电容SHCC的工作原理1719.2SHCC的电压电流双闭环控制1739.3SHCC的电流基准前馈控制1759.4SHCC的简化电流基准前馈控制1779.5实验验证1799.6本章小结185参考文献185第10章二次谐波电流补偿器的单周期控制18610.1无电解电容SHCC的基本电路拓扑18610.2SHCC的单周期控制策略18710.2.1单周期控制的基本原理18710.2.2混合型单周期控制策略19210.2.3加直流电流偏置的单周期控制策略19410.3实验验证19810.4加直流电流偏置的单周期控制策略在其他SHCC中的推广20210.5本章小结202参考文献203第11章基于虚拟并联阻抗的二次谐波电流补偿器的控制策略20411.1基于虚拟并联阻抗的二次谐波电流补偿方法20411.1.1基本控制方法的提出20411.1.2SHCC原始端口阻抗特性20511.1.3虚拟并联阻抗的引入和实现20711.2虚拟并联阻抗的选取20811.3虚拟并联阻抗的设计21011.3.1PFC变换器和移相控制全桥变换器的母线端口阻抗特性21011.3.2Cp的设计21111.3.3rp和rd的设计21211.4SHCC闭环参数设计21411.5实验验证21611.6本章小结221参考文献221第12章减小SHCC损耗的储能电容电压自适应控制22312.1无电解电容SHCC中的重要数量关系22312.2储能电容电压的自适应控制22512.2.1Buck型SHCC中储能电容电压的优选值控制22512.2.2Boost型SHCC中储能电容电压的最小值控制22612.3实验验证22712.3.1Buck型SHCC的储能电容电压优选值控制22712.3.2Boost型SHCC的储能电容电压最小值控制22912.4本章小结230参考文献231第13章带二次谐波电流补偿器的两级式单相变换器系统的稳定性分析23213.1两级式单相变换器系统的分类23213.2SHCC的控制方法和母线端口阻抗特性23413.2.1SHCC的控制方法23413.2.2SHCC的母线端口阻抗特性23513.3带SHCC的两级式单相变换器系统的稳定性分析23713.4基于虚拟并联阻抗的稳定性改善方法24113.5实验验证24213.5.1前级Boost PFC变换器工作在BVCC24413.5.2前级Boost PFC变换器为BCCC24613.6本章小结249参考文献249

两级式单相变换器，包括两级式单相DC-AC逆变器和两级式单相功率因数校正变换器，是交流电和直流电之间的电能变换接口，已广泛应用于各种交直流变换场合。在两级式单相变换器中，交流端口的瞬时功率以两倍交流电压频率脉动，导致中间直流母线端口产生两倍交流电压频率的脉动电流，此即二次谐波电流。本书阐明了两级式单相变换器中二次谐波电流的产生机理、传播特性及其危害，并针对不同工作模式和不同电路拓扑的DC-DC变换器，提出了二次谐波电流抑制方法。在此基础上，加入二次谐波电流补偿器来补偿二次谐波电流，以大幅减小中间母线电容容量，去除寿命较短的电解电容，从而延长系统寿命并提高可靠性。本书介绍了二次谐波电流补偿器的控制策略，揭示了加入二次谐波电流补偿器后两级式单相变换器的系统稳定性特点，并提出了稳定性改善方法。