单相逆变器设计与实验平台的搭建开题报告

 2020-02-20 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

随着电力电子技术的不断进步,经过电力电子变换处理后再供用户使用的 电能占全国总发电量的百分比的高低,已成为衡量一个国家技术进步的主要依据之一[1],电力电子技术也已成为21世纪推动人类社会发展的关键技术之一。随着电力电子设备在国民经济各领域中的广泛应用,用户对其可靠性的要求与其本身脆弱特性之间的矛盾日益尖锐:一项针对电气设备制造、电机拖动、公用设施和航空航天等领域的调查结果显示:50%以上的用户对现有电力电子设备的可靠性不满意[2]。在风能、太阳能等新能源发电领域,大部分运行问题都是由于实现电能变换及并网外送的关键设备—电力电子设备可靠性低而引起的[3]。据文献统计结果显示[4]:五年内,一个3.5mw的光伏发电系统中,逆变器的失效故障导致了37 %的额外系统维护和59 %的附加投资。电力电子设备的低可靠性问题已经给新技术的应用推广和国民经济的发展带来了巨大的负面影响。

目前led的光效的可以达到150lm/w,高于传统的纳灯和京灯,led照明光源可节省25% ~ 60%的电能消耗,大幅度减少碳排放量。led 的另一突出优点是长寿命,其寿命超过5万小时,为其他现有技术的3倍以上:led不含铅、录等重金属,环境友好[1-3]。因此led目前在室内外照明及背光灯等场合己有较广泛的应用,是极具发展潜力的新一代照明光源。

led 照明光源由led芯片(chip)、灯具(fixture)和驱动器(driver)三部分构成。在交流供电的led驱动器中,用来平衡输入的交流功率与输出的直流功率的母线电解电容寿命通常只有几千小时,与长寿命的led灯不匹配。因此研究减小中间母线电容的容量,使得能够在相近体积和成本的条件下,使用长寿命的薄膜电容,成为目前提led照明光源整体寿命的研究方向之一。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1研究目标

基于国内外研究现状的分析,本文针对无电解电容单相变换器中交流侧低频脉动功率和无功功率的功率解耦技术展开研究。首先,通过理论分析推导低频脉动功率和无功功率的产生机理和传播途径,尤其针对容性、感性和非线性负载条件下交流侧脉动功率和无功功率,直流侧谐波电流进行数学建模,精确描述交直流侧不平衡功率;然后,对比分析现有有源功率解耦方法,归纳总结其功率解耦的基本原理和核心思路;通过对典型解耦方法中脉动功率和无功功率流通路径的分析,将功率解耦技术分为无需添加任何额外元件的基于储能元件波形控制的功率解耦方法和添加少量储能元件和有源器件构建功率流通路径的功率解耦模块,研究典型单相逆变器接非阻性负载条件下,将脉动功率控制在交流侧进行就地补偿的功率解耦方法,缩短低频脉动功率和无功功率的流通路径;最后,通过仿真和实验验证所进行的研究工作的正确性和有效性[17]。

2.2研究内容

1.设计1kw的单相并网逆变器,并完成仿真;

2.设计双向buck-boost的有源功率解耦电路,完成理论分析与计算;

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3. 研究计划与安排

1-2周,查阅资料,外文翻译,完成开题答辩;

3-5周,掌握级联变换器系统的稳定性判据;

6-7周,掌握仿真软件的使用方法,并完成整个系统的仿真验证;

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] 陈坚, 康勇. 电力电子变换和控制技术. 高等教育出版社. 2011.

[2] s. yang, a. bryant, and p. mawby, “an industry-based survey of reliability in power electronicconverters,” ieeetransactions on industry applications, vol. 47, no. 3, pp. 1441-1451. sep.2011.

[3] m. huang, s. c. wong, c. k. tse, and x. ruan, “catastrophic bifurcation inthree-phase voltage-source converters,” ieee transactions on circuits and systems i: regular papers, vol.60, no. 4, pp. 1062-1071, aug. 2013.

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