单相电力电子变换器的二次谐波电流抑制技术

　　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。

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电力电子新技术系列图书序言
前言
第1章绪论1
1.1两级式单相变换器的应用1
1.1.1单相变换器的应用1
1.1.2单相变换器的结构4
1.2二次谐波电流的产生和传播5
1.3二次谐波电流的危害6
1.4二次谐波电流抑制方法7
1.4.1基于无源元件的二次谐波电流抑制方法7
1.4.2基于DC-DC变换器控制的二次谐波电流抑制方法8
1.4.3基于功率解耦的二次谐波电流抑制方法13
1.5二次谐波电流补偿器16
1.5.1二次谐波电流补偿器的控制策略16
1.5.2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18
1.6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26
2.1两级式单相变换器中DC-DC变换器的分类26
2.2两级式单相变换器中DC-DC变换器的交流小信号模型27
2.3两级式单相变换器中DC-DC变换器的母线端口阻抗特性29
2.3.1两级式单相DC-AC逆变器中BVCC的母线端口阻抗推导30
2.3.2两级式单相DC-AC逆变器中BCCC的母线端口阻抗推导30
2.3.3两级式单相PFC变换器中BCCC的母线端口阻抗推导32
2.3.4两级式单相PFC变换器中BVCC的母线端口阻抗推导33
2.3.5BVCC和BCCC的母线端口阻抗特性讨论34
2.4二次谐波电流抑制的基本方法35
2.4.1BVCC的二次谐波电流抑制方法35
2.4.2BCCC的二次谐波电流抑制方法36
2.4.3基于二次谐波电流补偿器的二次谐波电流抑制方法36
2.5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41
3.1二次谐波电流的传播机理41
3.2Buck类BVCC的二次谐波电流抑制方法42
3.2.1虚拟串联阻抗和虚拟并联阻抗的引入42
3.2.2Buck变换器中虚拟串联阻抗和虚拟并联阻抗的选取43
3.3Buck类BVCC的二次谐波电流抑制控制策略推导47
3.3.1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47
3.3.2基于虚拟电阻的二次谐波电流抑制控制策略48
3.3.3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48
3.3.4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48
3.3.5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49
3.3.6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49
3.3.7不同二次谐波电流抑制控制策略的比较51
3.4兼顾二次谐波电流抑制和稳定裕度的闭环参数设计52
3.4.1采用VRS时的闭环参数设计53
3.4.2采用BPF-ICFS时的闭环参数设计57
3.4.3采用NF-VL+LCFFS时的闭环参数设计58
3.5采用不同控制策略时Buck类BVCC母线端口阻抗的对比60
3.6实验验证61
3.7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68
4.1二次谐波电流在Boost类BVCC和直流输入源中的传播机理68
4.2Boost类BVCC的二次谐波电流抑制方法69
4.2.1虚拟串联阻抗和虚拟并联阻抗的引入69
4.2.2Boost变换器中虚拟串联阻抗和虚拟并联阻抗的选取71
4.3Boost类BVCC的二次谐波电流抑制控制策略推导75
4.3.1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75
4.3.2基于虚拟电阻的二次谐波电流抑制控制策略75
4.3.3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76
4.3.4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77
4.3.5不同二次谐波电流抑制方法的比较77
4.4兼顾二次谐波电流抑制和稳定裕度的闭环参数设计80
4.4.1采用VRS时的闭环参数设计80
4.4.2采用BPF-ICFS时的闭环参数设计84
4.4.3采用NF-VR+LCFFS时的闭环参数设计86
4.5采用不同控制策略时Boost类BVCC母线端口阻抗的对比87
4.6实验验证89
4.7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95
5.1二次谐波电流的传播机理95
5.2预调节器+LLC变换器的小信号模型96
5.2.1LLC谐振变换器的小信号模型96
5.2.2DCX-LLC谐振变换器小信号模型的近似简化98
5.2.3预调节器+LLC变换器的小信号模型99
5.3抑制二次谐波电流的基本思路100
5.3.1Cb1和Cb2的设计100
5.3.2抑制二次谐波电流的基本思路101
5.4抑制前级预调节器+LLC变换器中二次谐波电流的控制策略102
5.4.1在电压环中加入带阻滤波器102
5.4.2在整流桥支路引入虚拟串联阻抗102
5.4.3同时加入带阻滤波器并引入虚拟串联阻抗104
5.5实验验证104
5.5.1两级式DC-AC逆变器的实现104
5.5.2虚拟串联阻抗的设计105
5.5.3不同控制策略下前级变换器的输出阻抗对比106
5.5.4实验结果106
5.6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112
6.1前级Boost变换器的小信号模型112
6.2二次谐波电流抑制方法114
6.2.1前级Boost变换器中二次谐波电流抑制方法114
6.2.2光伏电池中二次谐波电流的抑制方法116
6.3抑制二次谐波电流的控制方法117
6.3.1谐振峰的阻尼117
6.3.2电感电流反馈系数与电压调节器的设计方法120
6.3.3基于PIR调节器的抑制二次谐波电流的控制方法122
6.4设计实例122
6.4.1系统闭环参数设计123
6.4.2谐振调节器设计124
6.5实验验证125
6.6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130
7.1二次谐波电流的传播机理130
7.2后级DC-DC变换器中的二次谐波电流抑制方法131
7.2.1后级DC-DC变换器为BCCC131
7.2.2后级DC-DC变换器为BVCC132
7.3后级DC-DC变换器中的二次谐波电流的抑制方法137
7.3.1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137
7.3.2基于带阻滤波器输入电流前馈的二次谐波电流抑制方法137
7.3.3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140
7.3.4不同二次谐波电流抑制控制策略的比较140
7.4后级DC-DC变换器的闭环参数设计方法141
7.4.1中间母线电压环环路增益的推导142
7.4.2NF-ICFFS的闭环参数的设计方法143
7.4.3BPF-OCFS的闭环参数的设计方法146
7.4.4NF-VR+ICFFS的闭环参数的设计方法147
7.5实验验证148
7.5.1移相控制全桥变换器为BCCC148
7.5.2移相控制全桥变换器为BVCC149
7.6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154
8.1AC-DC-AC变换器系统中二次谐波电流的产生和传播机理154
8.1.1二次谐波电流的产生154
8.1.2二次谐波电流的传播机理155
8.2抑制二次谐波电流的基本思路156
8.2.1DC-DC变换器控制Vbus2时二次谐波电流的抑制思路157
8.2.2DC-DC变换器控制Vbus1时二次谐波电流的抑制思路159
8.3抑制二次谐波电流的控制策略159
8.3.1基于虚拟串联阻抗的二次谐波电流抑制控制策略159
8.3.2加入虚拟串联阻抗后的参数设计准则162
8.4实验结果164
8.4.1AC-DC-AC变换器系统的实现164
8.4.2虚拟串联阻抗的参数设计166
8.4.3实验结果167
8.5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171
9.1无电解电容SHCC的工作原理171
9.2SHCC的电压电流双闭环控制173
9.3SHCC的电流基准前馈控制175
9.4SHCC的简化电流基准前馈控制177
9.5实验验证179
9.6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186
10.1无电解电容SHCC的基本电路拓扑186
10.2SHCC的单周期控制策略187
10.2.1单周期控制的基本原理187
10.2.2混合型单周期控制策略192
10.2.3加直流电流偏置的单周期控制策略194
10.3实验验证198
10.4加直流电流偏置的单周期控制策略在其他SHCC中的推广202
10.5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204
11.1基于虚拟并联阻抗的二次谐波电流补偿方法204
11.1.1基本控制方法的提出204
11.1.2SHCC原始端口阻抗特性205
11.1.3虚拟并联阻抗的引入和实现207
11.2虚拟并联阻抗的选取208
11.3虚拟并联阻抗的设计210
11.3.1PFC变换器和移相控制全桥变换器的母线端口阻抗特性210
11.3.2Cp的设计211
11.3.3rp和rd的设计212
11.4SHCC闭环参数设计214
11.5实验验证216
11.6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223
12.1无电解电容SHCC中的重要数量关系223
12.2储能电容电压的自适应控制225
12.2.1Buck型SHCC中储能电容电压的值控制225
12.2.2Boost型SHCC中储能电容电压的小值控制226
12.3实验验证227
12.3.1Buck型SHCC的储能电容电压值控制227
12.3.2Boost型SHCC的储能电容电压小值控制229
12.4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232
13.1两级式单相变换器系统的分类232
13.2SHCC的控制方法和母线端口阻抗特性234
13.2.1SHCC的控制方法234
13.2.2SHCC的母线端口阻抗特性235
13.3带SHCC的两级式单相变换器系统的稳定性分析237
13.4基于虚拟并联阻抗的稳定性改善方法241
13.5实验验证242
13.5.1前级Boost PFC变换器工作在BVCC244
13.5.2前级Boost PFC变换器为BCCC246
13.6本章小结249
参考文献249