一种可减小DC莲电容的串联电压补偿器

论文总字数：25943字

摘 要

摘要正文：本文提出了一种可以在电容连接的整流系统中减小DC-Link电容的方法。基础原理为通过在母线上串连电压源来补偿DC-Link电容器上的纹波电压，从而减小电容两端的电压，输出的电压纹波也近似为零。因为文中设计的电压补偿器仅补偿电容上的小纹波电压，故用低电压等级的设备即可实现。在补偿的作用下，DC-Link电容上的电压及所需储能减小，从而使得一般的电解DC-Link电容可以用寿命更长的电容器代替，例如薄膜电容器；或者在系统中Dc-Link电容因老化作用而导致其电容量减小的情况下，也能保证整个系统的寿命及可靠性。

与已经存在的减小Dc-Link电容的方法相比，本方法直接补偿Dc-Link电容两端的纹波电压，使得整个系统的稳定性及电路结构的简单可靠性有了很大的提升；且由于直接补偿纹波，补偿器可工作在较低的电压等级，减小了电路在绝缘、高频动作等方面的损耗。串联电压补偿器的原理采用电压外环电流内环的双环控制原理，控制电路结构简单可靠，控制结果稳定准确。

本文全面详细地分析了串联电压补偿器的电路原理、控制原理、滤波器设计指南及系统静态稳定性，所提出的技术已经在Saber仿真环境下的电路中得到验证。

关键词：电容减小；DC-Link电容；逆变器；电压补偿器；电压环反馈控制；

A Series Voltage Compensator for Reduction of the DC-Link Capacitor

Abstract

Abstract: A technique for reduction of the dc-link capacitance in a capacitor-supported rectifier system is presented. Connecting a voltage source in series with the dc bus line to compensate the ripple voltage on the Dc-Link capacitor is the basic concept, in that way, the ripple voltage of Dc-Link is reduced, so as to make the output have a near DC voltage. The overall required energy storage and voltage of the dc-link, is reduced, allowing the replacement of usually used capacitors-electrolytic capacitors with alternatives of longer lifetime, such as power film capacitors, or improving the system reliability even if there is a obvious reduction in the capacitance due to the aging effect.

Compared with the method for reducing voltage of Dc-Link capacitor, the method compensates Dc-Link voltage ripple across the capacitor directly, so that a simple circuit structure with great stability and reliability of the entire system has been greatly improved; and As a direct ripple compensation, the module can operate at a lower voltage level, reducing the circuit loss in insulation, high-frequency operation and other aspects. Principle series voltage compensator voltage-current inner outer double loop control principle, control circuit structure is simple and reliable, stable and accurate control of the results.

The proposed technique is exemplified on a rectifying circuit which is built in Saber.

Key Words: reduction of capacitor; Dc-Link capacitor; invertor; voltage compensator; voltage-loop feedback control

目 录

第1章 绪论 1

1.1 DC-Link电容的定义及用途 1

1.2 Dc-Link在功率交换系统中的应用及问题 1

1.3 国内外研究现状 2

1.4 本文研究的内容及成果 3

第2章 串联电压补偿装置简介 4

2.1 逆变器简介 4

2.1.1 逆变器简介 4

2.1.2 逆变技术历史及其现状 4

2.1.3 逆变技术的应用领域 5

2.1.4 逆变器的分类及主要参数 6

2.2 电压补偿器基本原理 6

第3章 电压补偿器控制原理及滤波器设计 8

3.1 电压补偿器控制环设计 8

3.1.1 单相SPWM逆变电路拓扑结构及数学模型 8

3.1.2 电压外环电流内环的双闭环控制策略 8

3.2 电压补偿器滤波器设计 9

3.2.1 电路的拓扑结构 10

3.2.2 电路谐波分析 10

3.2.3 滤波器设计 11

第4章 Dc-Link电容纹波补偿模块 13

4.1 变量命名法 13

4.2 补偿模块电路图分析 14

4.3 补偿模块的控制逻辑分析 14

4.4 电路原理分析 15

第5章 串联电压补偿器仿真验证 17

5.1 Saber软件简介 17

5.2 模型建立和参数设定 17

5.2.1 功率变换器模型 17

5.2.2 补偿器控制回路模型 18

5.2.3 滤波系统模型 18

5.3 仿真电路图设计 20

5.4 仿真场景设计结果分析 21

5.4.1 负载不变 21

5.4.2 负载变化 23

第6章 总结和展望 24

6.1 全文总结 24

6.2 未来展望 24

6.3 不足与反思 25

附录 26

参考文献（References） 27

致谢 28

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