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单相逆变器低频纹波抑制方法探讨

汇报人：

2024-01-23

REPORTING

目录

引言

单相逆变器基本原理及纹波产生原因

低频纹波抑制方法分类及特点

基于改进型PWM技术的低频纹波抑制策略

基于多电平拓扑结构的低频纹波抑制策略

基于智能控制算法的低频纹波抑制策略

总结与展望

PART

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引言

REPORTING

低频纹波是逆变器输出电能质量的主要问题之一，会导致系统效率降低、产生谐波污染等。

研究单相逆变器低频纹波抑制方法，对于提高逆变器输出电能质量、推动相关领域技术发展具有重要意义。

逆变器在新能源、电动汽车等领域广泛应用，其输出电能质量直接影响系统性能和使用寿命。

国内外学者针对逆变器低频纹波问题开展了大量研究，提出了多种抑制方法。

目前主要抑制方法包括：滤波器法、多电平技术、PWM调制策略优化等。

现有方法在不同程度上存在成本高、实现复杂、效果有限等问题，仍需进一步探索和改进。

研究目的

提出一种简单、高效、低成本的单相逆变器低频纹波抑制方法。

研究内容

分析单相逆变器低频纹波产生机理；建立数学模型并进行仿真分析；设计并实现所提出的低频纹波抑制方法；通过实验验证所提方法的有效性和优越性。

PART

02

单相逆变器基本原理及纹波产生原因

REPORTING

单相逆变器将直流电源转换为交流电源，通过控制开关管的导通与关断，实现直流电压到交流电压的转换。

直流电源转换

通过调整开关管的导通时间和频率，控制输出波形的形状和频率，以满足负载的需求。

输出波形控制

在开关管导通时，直流电源向负载提供能量；在开关管关断时，负载通过续流二极管继续获得能量。

能量传递过程

开关管在导通和关断过程中，由于存在导通压降和开关损耗，会在输出波形上产生纹波。

开关管动作引起

直流电源波动

负载变化

直流电源电压的波动会直接影响输出波形的稳定性，从而产生纹波。

负载的变化会导致输出电流的变化，进而影响输出电压的稳定性，产生纹波。

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02

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纹波的存在会增加系统的损耗，降低逆变器的效率。

降低效率

纹波会导致输出波形失真，降低波形质量，影响负载的正常工作。

影响输出波形质量

纹波会在系统中产生噪声，影响系统的稳定性和可靠性。

增加噪声

PART

03

低频纹波抑制方法分类及特点

REPORTING

利用重复控制器对周期性扰动进行抑制，实现低频纹波的主动消除。重复控制方法可显著提高系统稳态性能，但对动态性能影响较大。

在控制器中加入比例谐振环节，对特定频率的谐波进行抑制。该方法针对性强，但需要精确的系统参数和较好的稳定性设计。

比例谐振控制

重复控制

综合运用被动滤波和主动控制方法，实现优势互补。例如，在滤波器法基础上加入重复控制或比例谐振控制，进一步提高低频纹波抑制效果。

被动与主动结合

采用模糊控制、神经网络等智能控制策略，对逆变器进行自适应优化控制。智能控制策略具有自学习和自适应能力，但实现难度较大。

智能控制策略

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被动抑制方法优点在于简单易行，缺点在于滤波器参数设计较为关键且可能增加系统体积和成本；

智能控制策略优点在于具有自学习和自适应能力，可以应对复杂多变的系统环境和工况，缺点在于实现难度较大且需要大量的数据训练和优化。

混合抑制方法优点在于综合运用被动滤波和主动控制方法实现优势互补，缺点在于实现难度较大且可能需要精确的系统参数和较好的稳定性设计；

主动抑制方法优点在于可显著提高系统稳态性能，缺点在于对动态性能影响较大且实现复杂度较高；

PART

04

基于改进型PWM技术的低频纹波抑制策略

REPORTING

构建单相逆变器实验平台，包括主电路、控制电路、负载等部分。

实验平台搭建

分别采用传统PWM技术和改进型PWM技术进行实验，记录输出电压、电流波形及纹波数据。

实验过程描述

对比分析不同PWM技术下的输出电压、电流波形及纹波数据，验证改进型PWM技术的有效性。

实验结果对比

根据实验结果，讨论改进型PWM技术在单相逆变器低频纹波抑制方面的优势及局限性。

结果讨论

PART

05

基于多电平拓扑结构的低频纹波抑制策略

REPORTING

03

多电平拓扑结构优势

降低输出电压谐波含量，提高电能质量；减小滤波器体积和重量，降低成本。

01

多电平拓扑结构定义

通过增加电平数，使得输出电压波形更接近正弦波，从而减小谐波含量。

02

多电平拓扑结构分类

根据电平产生方式，可分为二极管箝位型、飞跨电容型和级联型等。

应用于单相逆变器的多电平拓扑结构选择

根据实际需求，选择合适的多电平拓扑结构，如二极管箝位型或飞跨电容型等。

控制策略设计

针对所选的多电平拓扑结构，设计相应的控制策略，实现低频纹波的抑制。

系统稳定性分析

对所设计的控制策略进行稳定性分析，确保系统在各种工况下均能稳定运行。

实验平