降压型有源电容变换器研究

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1、降压型有源电容变换器研究重庆大学硕士学位论文(专业学位)学生姓名：周远志指导教师：周雒维教授学位类别：工程硕士（电气工程领域）重庆大学电气工程学院二O一五年五月AStudyonStep-downActiveCapacitorConverterAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheProfessionalDegreeByZhouyuanzhiSupervisedbyProfessorZhouluoweiSpecialty：ME(ElectricalEngineeri

2、ngField)SchoolofElectricalEngineeringofChongqingUniversityChongqing,ChinaMay,2015中文摘要摘要随着经济社会的不断发展，能源问题日益突显，解决思路主要在于“开源”与“节流”两个方面。“开源”主要是指大力发展以风电、光伏发电等为代表的新能源发电技术；“节流”则主要是指大力发展电动汽车、LED照明等为代表的能源高效利用技术。在上述“开源”及“节流”系统中，电力电子变换装置是必不可少的关键设备，如整流器、并网逆变器等。由于整流器、并网逆变器的输入输出瞬时功率不相等，内部一般采用大容量电解电容实现功率平衡。然而，

3、电解电容存在寿命短、故障率高等固有缺陷，是提高整个变换装置可靠性、延长实际寿命的瓶颈。为此，本论文主要研究降压型有源电容变换器（ActiveCapacitorConverter,ACC）来替代电解电容完成平衡输入输出瞬时功率的任务，从而提高电力电子装置的可靠性并延长实际寿命，具有重要的理论及实用价值，具体研究内容及取得的成果如下：首先，论述了现有光伏并网逆变器、电动汽车车载充放电机、LED驱动电源等电力电子装置中采用无电解电容方案的意义及必要性，综述了现有无电解电容方案的实现思路、主电路拓扑及控制策略。其次，提出了有源电容变换器的概念，其拓扑在双向DC/DC变换器基础上进行了改进，

4、根据变换器的工作目的提出了双闭环控制策略，电压外环实现输出稳压，电流内环控制输入电流满足电容的电压电流微分关系，电流内环参考为电压外环输出与输入侧非电解电容电流之和，从而实现容量固定的有源电容。再次，详细分析了ACC的工作原理，在此基础上，完成了主电路及控制电路参数的定量设计。主电路参数设计包括ACC内部各电容、电感参数，各开关器件电压、电流应力和其它相关电量的定量解析；在控制电路参数设计方面，首先建立了ACC的小信号模型，包括开关周期小信号模型及半工频周期小信号模型，然后，分别根据开关周期小信号模型及半工频周期小信号模型完成了电流内环和电压外环补偿器的参数设计。最后，以电动汽车车

5、载充放电机为应用对象，根据上述主电路及控制环路设计方法，完成了具体补偿器构建和参数设计。使用Matlab软件中Simulik仿真平台搭建了仿真模型完成了相关仿真分析，在仿真分析的基础上，进行了实验设计并完成了实验验证，仿真及实验结果验证了方案的可行性和设计方法的正确性。关键词：ACC，有源电容变换器，二倍工频纹波，无电解电容，准PR控制器，双闭环I英文摘要ABSTRACTWiththedevelopmentofsocialeconomy,theenergyissueshavebecomeincreasinglyserious.Thesolutionsmainlycontaintwo

6、aspects,theoneistoenlargethesource,anotheroneistoreduceexpenditure.Toenlargethesourcemainlyreferstothedevelopmentofnewenergypowergenerationtechnologyinwindpowerandphotovoltaicpowergeneration.However,toreduceexpendituremainlyreferstodevelopthetechnologyofelectricvehicleandLEDlightingastherepres

7、entativeoftheEnergyutilizationtechnology.Inthesystemmentionedabove,powerelectronicconverteristhekeyequipment,suchasarectifier,inverterandsoon.Duetotheinputandoutputinstantaneouspoweroftherectifierortheinverterarenotequaltoeachother,larg