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1、福州大学至诚学院本科生毕业设计（论文）题 目：单相Buck型逆变器有源直流滤波技术研究 姓 名： 学 号： 系 别： 电气工程系 专 业： 电气工程及其自动化 年 级： 指导教师： 2016年4月26日独创性声明 本毕业设计（论文）是我个人在导师指导下完成的。文中引用他人研究成果的部分已在标注中说明；其他同志对本设计（论文）的启发和贡献均已在谢辞中体现；其它内容及成果为本人独立完成。特此声明。论文作者签名： 日期： 关于论文使用授权的说明本人完全了解福州大学至诚学院有关保留、使用学位论文的规定，即：学院有权保留送交论文的印刷本、复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅；学院可以公布论文的全部或部
2、分内容，可以采用影印、缩印、数字化或其他复制手段保存论文。保密的论文在解密后应遵守此规定。 论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 单相Buck型逆变器有源直流滤波技术研究摘要本文主要叙述了单相Buck电路和逆变器的工作原理，并搭建单相Buck型逆变器的控制及驱动电路，通过分析了直流侧电流分量，在此基础上对逆变器的控制策略及直流侧的谐波补偿方法进行研究。最后用PSIM仿真软件对不同条件下的波形进行了验证。随着科技发展，对能源的需求日渐增大，之前持续的对世界化石能源的大力开发利用对环境造成的污染问题也日益严重，逐渐成为了世界经济可持续发展最大的阻碍。作为逆变技术的一种应用，Buck直流变换器型逆
3、变器得到了很好的发展。Buck直流变换器型逆变器可以将直流低压变成各种不同的交流高压，在实际生产生活中有着很重要的作用。本文采用PWM波形控制逆变器的功率开关作为逆变器的控制方法，引用有源滤波技术（DCAPF）补偿有负载产生的纹波电流，实现抑制直流侧的低频纹波。文中对在滞环控制方式下有源滤波器的工作原理和SPWM调制波的产生进行了分析。并对主电路的关键参数进行设计。最后通过PSIM仿真软件对本次研究Buck型逆变器有源直流滤波技术进行仿真，通过对波形的分析、观察验证文中所选逆变器控制方式以及谐波的抑制方法的可行性。关键词：逆变器，控制策略，APF, 低频纹波，PSIMISingle Phase
4、 Type Buck Inverter Active Fc Filter Technology ResearchAbstractThis article mainly single-phase Buck inverter type active filter in the shape of high-frequency link inverter dc transform circuit topology and the working principle is analyzed. On the basis of the control strategy of inverter and dc
5、side harmonics compensation methods were studied.Along with the development of science and technology, the growing demand for energy, before continuing to the world of fossil energy vigorously the development and utilization of environmental pollution problem is increasingly serious, has become the
6、worlds largest economy sustainable development. As an application of the inverter technology, Buck dc transform ware inverter has been very good development. Buck dc transform ware inverter dc low voltage can be turned into a variety of dc high voltage, in the actual production has a very important
7、role in the life.This paper adopts PWM waveform control of the inverter power switch as inverter control method, reference active filtering technology (DCAPF) have ripple current of power compensation, achieve the low frequency ripple of dc side. In this paper, on the hysteresis control mode of the
8、active filter working principle and the generation of SPWM wave modulation is analyzed. And key parameters of main circuit design.Finally by PSIM simulation software for the study of active type Buck inverter dc filter simulation technology, through the analysis of waveform, observing verify the sel
9、ected inverter control mode, and the feasibility of the harmonic suppression method.Keywords: inverter, control strategy of APF, low ripple and PSIMI单相Buck型逆变器有源直流滤波技术研究目 录第1章 绪论11.1 引言11.2 低频电流纹波11.2.1 低频电流纹波的产生11.2.2 低频电流纹波的危害21.2.3 低频电流纹波的抑制方法21.3 本论文研究的意义31.4 本论文研究的内容3第2章 单相Buck型逆变器电路结构与控制策略42.1
10、 单相Buck型逆变器电路构成及基本原理42.2 控制策略42.3 Buck型逆变器模拟SPWM控制设计52.3.1 控制电路分析和设计52.3.2电压比例积分调节器52.3.3 逻辑判断电路6第3章 低频电流纹波的抑制方法83.1 有源电力滤波技术93.2 滞环控制方案分析93.3 APF的优点103.3.1 补偿由负载产生的谐波电流103.3.2 提高电网负载的输入阻抗103.4有源滤波器的构成及工作原理113.4.1主电路拓扑结构及输入电流分析113.4.2工作原理15第4章 单相Buck型有源直流滤波器关键电路参数的设计164.1主电路参数设计164.2 功率开关管184.3 采样电路
11、19第5章 仿真及实验结果205.1 滤波电感仿真试验结果205.1.1 电感电流输出电压仿真试验结果205.1.2 输出电压仿真试验结果215.1.3 直流电网输入侧试验结果22结论24参考文献25谢辞26III第1章 绪论1.1 引言DC/AC逆变器技术可以实现将直流电变换为交流电的一种装置，逆变技术自从大功率可控的半导体元器件得到发展后，逆变技术日趋成熟。为了得到更高的质量，可以满足负载上所需的电压和频率在规定范围的交流电流，滤波技术的研究愈显重要。利用新的技术生产高品质的新能源已经是今后科技发展的趋势，随着电子设备功能日趋完善，对电源的要求也越来越高。DC/AC逆变电源作为逆变电源的一
12、种，有它独特的功用。Buck电路作为一种最基本的DC/ AC拓扑，结构比较简单，输出电压小于输入电压。正是由于Buck电路的特点，基于DC-AC变换的新型逆变电路同样在各个领域有着广泛的应用。谐波不仅使能源利用率降低，造成资源能源浪费，减少用电设备寿命，更为重要的是由谐波引起的安全故障和严重事故频发，给社会和人们的财产和生命安全带来危害:1)污染公用电网。2)危害输电线路的安全:输电线路的阻抗因电网频率的升高而增加，进而导致输电线路附加损害的增大，从而影响供电电压。3)高频率的谐波会引起原本正常工作的系统出现了串联谐振及并联谐振问题，从而引起危险的过电压或过电流问题。4)影响旋转电机的正常运行
13、。5)加速电力电容器的老化，使其绝缘性变差，容易被击穿，从而带来更大的经济负担1。1.2 低频电流纹波纹波电流，我们一般指的是电路中的高于正常电流频率的谐波成分，可划分为低频纹波或者高频纹波两种。我们一般采用总谐波失真THD来描述交流系统中纹波电流的谐波程度。1.2.1 低频电流纹波的产生现以逆变器输入电流构成分析低频电流纹波的产生，逆变器输出电压为，输入电流为，（其中t为输出角频率，V为输出电压有效值，I为输出电流有效值）；假设输入侧直流电压Vd恒定，系统无损失可得逆变器输入电流表达式为： 公式（1-1）化简上式可以得到： 公式（1-2） 如式（1-2）所示，无论逆变器采用哪种控制方式，其输
14、入电流均由两部分构成，一部分为恒定的直流分量，另一部分为低频交流谐波分量，其频率为输出频率的两倍，这就是输入电流的低频纹波1。1.2.2 低频电流纹波的危害 当逆变器输出功率包含两路脉冲电源时，电源侧就会生成低频脉冲电，低频脉冲电流对直流而言如果所占比例较大时，能造成直流侧电源系统工作不正常，效率下降；对于新能源电力供应，降低使用量，且对高压直流母线造成污染，影响设备的正常运行。1.2.3 低频电流纹波的抑制方法电流纹波包括高频和低频两种成分，对于高频电流纹波来说，可以采用无源滤波器来抑制，即添加由无源元件（R、L和C）组成的滤波器4。但它只能滤除高频纹波成分，无法滤除低频分量。针对低频电流纹波的抑制方法有很多种，较为常见的就是引入有源滤波器，也有较为新颖的方法如添加谐振控制器或者使用本次设计方案所采用的是引入有源滤波
