單相交流/直流轉換器之低頻漣波電流補償技術研究

Low Frequency Ripple Compensation Methods for Single-Phase AC/DC Converter

趙國亨(Kuo-Hen Chao)

指導教授 ： 鄭博泰

國立清華大學/電機資訊學院/電機工程學系/碩士(2009年)

摘要

本篇論文提出五種應用在單向交流/直流轉換器之低頻漣波電流補償技術，運用商用的三相開關模組製作出具有低頻漣波電流補償功能之交流/直流轉換器。
隨著電力電子的快速發展，大量的非線性負載所產生的諧波電流將造成電力系統額外的損失，同時諧波電流也會透過電力網絡干擾到連接在鄰近的負載，使被干擾的負載不正常的操作。為了解決諧波問題，並且符合日漸嚴格的諧波電流標準，使用具有功率因數校正功能的交流/直流轉換器已成未來的趨勢。具有PFC功能的單相交流/直流轉換器將強迫交流側電流與電壓同相/反向，這樣的操作能量將以兩倍的電網頻率以脈波狀在交流側和直流側間流動，因此在直流側將會有大量的二次漣波電流，需要濾波器將漣波濾除。但因此漣波為低頻的二次漣波，若使用被動式的電容或是串連電感電容和負載並聯做為濾波器其體積將會非常的大，造成成本、體積、重量的大幅上升。且濾波效果在不同的負載內電阻的情況下將會有不同的濾波效果。為提升低頻漣波的濾波效果並減小濾波器的體積重量，同時，考慮到日益嚴重的能源問題，未來在直流側可能連接太陽能電池或是燃料電池等再生能源需將其能量回送市電電網。本文所提出的方法可有效的將直流側低頻的漣波功率透過功率解耦合電路導至功率解耦合之儲能電容，藉以減小直流側之濾波電容。本論文中將會針對電壓解耦合電路之工作原理做詳盡的說明，電腦模擬和實驗的結果也將在文中呈現證實低頻漣波補償之效果。
。

關鍵字

單向交直流轉換器 ； 主動濾波器

並列摘要

This thesis presents five power decoupling methods of single phase AC/DC converters using three switch poles to achieve unity power factor operations. The methods proposed compensate the pulsating power at twice the grid frequency by circulating the reactive power through the power decoupling capacitors between the third switch pole and DC bus. This approach can eliminate the need of large filter capacitor in DC side which is required to suppress the low frequency ripples. This thesis will explain the principles of operations of the proposed methods, and experimental results will also be presented for validation.

並列關鍵字

single-phase AC/DC converter ； active filter

參考文獻

[1] J. C. Das, “Passive filters - potentialities and limitations,” IEEE Trans. Ind. Application., vol. 40, no. 1, pp. 232-241, Mar./Apr. 2004.

[3] T. Shimizu, K.Wada and N.Nakamura, ”A flyback-type single phase utility interactive inverter with low-frequency ripple current reduction on the DC input for an AC photovoltaic module system,” IEEE PESC, vol. 3, pp. 1483-1488, 2002.

[4]S. B. Kjaer, F. Blaabjerg, “Design optimization of a single phase inverter for photovoltaic applications” IEEE PESC’03,vol. 3, 2003, pp. 1183-1190.

[5] T. Hirao, T. Shimizu, M. Ishikawa and K. Yasui, “Discussion on modulation methods for flyback-type single-phase inverters with enhanced power decoupling for photovoltaic AC module systems,” IEEJ IPEC, pp.1419-1425, 2005

[6] S. A. Khajehoddin, A. Bakhshai, P. Jain, and J. Drobnik, "A robust power decoupler and maximum power point tracker topology for a grid-connected photovoltaic system," in Power Electronics Specialists Conference, 2008. PESC 2008. IEEE, pp. 66-69, 2008.