分布式能源接入交流微网的单相逆变器功率智能分配策略设计

逆变器并联并网系统往往通过两个逆变器通信分别控制进行并联并网,存在通信延迟、不稳定、传输效率低等问题,为此提出了一种分布式能源接入交流微网的单相逆变器功率智能分配策略设计。首先,建立了单相逆变器及并联系统的数学模型,并推导了其相关参数之间的函数关系,分析了并联系统中的环流现象,提出采用电势差均流方法来减小环流影响,在并联设计中,采用电压电流环循环控制实现逆变器组按任意比例分配电流;其次,采用SOGI-PLL进行锁相,使用电流环开闭环交替控制方式实现全桥逆变器组在无通信条件下功率智能分配;再次,设计仿真电路初步验证了所提出的SOGI控制实现锁相的正确性和快速性;最后,搭建了实验样机以验证方案可行性,实验结果表明,在输入50 V直流电压时,该系统可实现输出50 Hz、24 V交流电压,且输出交流电压总谐波畸变率(THD)不大于2%,逆变器1的效率η高达92%,I_(o)在0~2 A变化时,负载调整率S_(I1)≤0.2%,在并网状态下可实现逆变器之间功率按任意比例智能分配。

基于PR控制单相逆变器的二次谐波电流抑制

针对前级为boost+LLC谐振电路的DCDC变换器的三级式单相逆变器进行研究,首先简单介绍了拓扑选择及其工作原理,其次描述了在该拓扑结构下输入二次谐波电流的产生机理,提出一种基于PR控制的抑制三级式单相逆变器输入二次谐波电流的方法,并给出了数字化实现方法。通过仿真验证了该方法的有效性并给出了其带来的影响。最后研制了1台10 kVA三级式单相逆变器,并验证了PR控制对于输入二次谐波电流的抑制效果。

基于GaN器件的单相逆变器TCM控制策略研究

氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管具有开关速度快、器件损耗小的优点,在高频应用场合得到广泛应用。为了进一步提高变换器效率和功率密度,将三角电流模式(TCM)调制用于基于GaN器件的单相逆变器中,通过控制负向电流与死区时间实现了全范围零电压开关(ZVS),达到提高变换器效率和功率密度的目的。搭建了1台样机进行验证,实验结果表明,TCM调制在不同负载条件下均可实现软开关,最大开关频率可达300 kHz,峰值效率可达98.5%。

中点钳位型H桥级联单相逆变器新型空间矢量脉宽调制方法

通过对中点钳位型H桥级联单相逆变器开关状态分析,得到了27种有效开关矢量。提出一种适用于该拓扑结构的单相空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)方法,该方法将单相一维空间矢量图分为8个区间。根据期望电压矢量幅值和矢量所在区间以及上一个开关周期的终止矢量进行输出脉冲合成类型判断,并基于开关次数最小原则提出3种矢量合成规则。根据伏秒平衡原理对每种脉冲类型的矢量作用时间进行了计算。提供一种兼顾电压均衡、开关次数最小和开关器件均衡利用的冗余矢量使用法则。利用DSP和FPGA芯片实现所提出的算法。仿真和实验验证了提出调制方法的正确性和可行性。

两级式单相逆变器二次纹波电流的抑制与动态特性的改善

两级式单相逆变器的瞬时输出功率以两倍输出频率脉动,使得前级DC-DC变换器和输入源产生二次纹波电流。前级DC-DC变换器采用电压电流双闭环控制能有效抑制二次纹波电流,但要求电压外环的截止频率很低,这将导致负载跳变时系统动态特性较差。从阻抗的角度出发,分析电感电流内环抑制前级DC-DC变换器和输入源中二次纹波电流的机理;提出在前级DC-DC变换器中引入含有两倍输出电压频率陷波器的负载电流前馈,该方法可在不增大二次纹波电流的情况下,显著改善负载跳变时的动态特性;最后,通过实验结果证明所提出的控制策略的有效性。

带多频段采样观测器的单相逆变器控制

在单相逆变器控制系统中,当逆变器带非线性负载时,输出电压波形会出现畸变,存在幅值和相角误差。为解决上述问题,提出一种基于电流观测器的单相逆变器控制策略。首先应用傅里叶变换提取逆变器输出的基波电压,然后通过幅相分解,将逆变器输出电压等效变换为电压幅值与相角,最后应用PI控制器控制逆变器输出电压波形为正弦波。控制系统实现时,采用前馈控制方法,来抑制谐波,提高逆变器输出波形质量。为解决因采样频率低而带来的逆变器输出电流估算精度下降的问题,在前馈控制时,采用多频段采样法来对电流谐波进行估算,从而提高了前馈控制的精度,进一步提高了逆变器输出波形质量。仿真和实验结果表明了该控制策略的正确性和实用性。

单相逆变器在PV发电系统的应用

描述和设计了一个用于PV(光伏 )发电系统与民用电网相连接的实用单相逆变控制系统 ,它能在PV系统能量不足时 ,利用电网能源进行弥补 ,PV系统能量过剩时 ,把能量反馈到电网。给出了系统的试验曲线。

基于封装集成技术的高功率密度碳化硅单相逆变器

针对目前家用光伏系统、电动汽车(EV)和航空航天等领域中对单相逆变器的高功率密度需求,首先提出了一种基于新型碳化硅(SiC)功率模块的高功率密度单相集成逆变器。该单相逆变器采用直流侧并联BoostAPF抑制二次纹波,以此减小直流侧电容;采用高频低损的新型宽禁带SiC器件,将boostAPF和逆变器的开关频率提高到100kHz,显著地减小无源元件的体积。再提出一种新型高功率密度低感全SiC半桥混合封装结构,其尺寸仅为10mm×20.5mm,可以极大地减小杂散电感,显著降低了器件的开关应力、EMI干扰及开关损耗;通过采用直接散热结构,并对散热器及整机热流动进行优化设计,使得装置实现高效散热。最后,基于封装集成技术,研制出一台全数字控制的2kW、功率密度58.8W/in^3、CEC效率高达97.3%及最大效率98.3%的高功率密度单相逆变器。

带阻抗观测器的单相逆变器抗扰控制

针对以单相逆变器为功率接口的太阳能发电系统中电能的快速随机波动和非线性负载接入时产生的谐波问题,提出一种基于阻抗观测器的抗扰控制策略。该策略主要把造成逆变器输出电压的波动和产生的谐波等随机量作为一种干扰,将谐波的影响、温度变化的影响、线路和滤波器的阻抗参数变化等引起的电压变化量等效为阻抗上的电压降。通过构造的阻抗观测器来估算出产生压降的等效电阻、等效电感和等效电容,然后应用抗扰控制器来消除干扰,自动补偿输出电压变化,使逆变器输出标准正弦波,提高电能质量。仿真和实验结果表明,不论是逆变器直流侧电压波动,还是非线性负载的接入,逆变器都能够输出标准电压正弦波。

基于dq坐标变换的单相逆变器控制技术

针对单相逆变器给定信号和反馈信号均为正弦量,在静止坐标系下采用比例积分调节器不能实现无差跟随且对于周期干扰信号不能实现无差抗扰动,从而导致输出稳态精度受到影响的问题,采用坐标变换将静止坐标系下的交流信号变换到旋转坐标系下的直流量。采用电压环在同步旋转坐标系下的比例积分控制电流环在静止坐标系下的比例控制的策略,进行电压反馈解耦,简化控制系统的设计,改善系统的鲁棒性。最终,SIMULINK仿真验证了上述理论的可行性。

基于用户侧微网单相逆变器的控制器设计

为解决用户侧微电网单相逆变器系统输出电压的谐频问题,考虑采用双反馈控制策略来进行系统控制器设计。针对在非线性负荷条件下采用PID控制器进行用户侧微电网单相逆变器控制,不能取得满意的谐频抑制问题,提出采用电压外环路伺服系统鲁棒性控制和电流内环路滑模控制相结合的控制设计。仿真结果表明,在不同负荷条件下用户侧光伏微电网单相逆变器系统输出电压总谐波失真低,瞬态响应快和渐近跟踪基准输出电压好,谐频效应减到最小。

单相逆变器随机PWM选择性消谐滞环随机扩频方法

在随机脉冲宽度调制(RPWM)中,要求逆变器的瞬时开关频率分布在较宽的频率范围内,以获得较好的随机性。然而,当开关频率持续偏高时,逆变器的开关损耗将会增加;当开关频率持续较低时,会引起输出电流纹波的增加。现有的RPWM选择性谐波消除方法在随机扩频的过程中不能有效地控制逆变器的开关频率。该文提出一种单相逆变器RPWM选择性消谐滞环随机扩频方法。根据RPWM策略中有效随机数k与开关频率的关系,合理选择随机数k,既可以保证逆变器瞬时开关频率在较宽的范围内随机分布,又可以将平均开关频率控制在预先设定的频率范围内。在RPWM选择性消谐过程中,当开关频率较低而引起电流纹波增加时,该方法可以通过提高平均开关频率来减小纹波。

单相逆变器输出电压波形校正的实验研究

由于脉动的负载电流对整流器直流侧滤波电容的充、放电效应,非线性整流负载可以导致单相逆变器输出电压出现严重的畸变。导致输出电压畸变的原因主要是由于逆变器具有较大的谐波输出阻抗,且其控制系统不能够对电压畸变做出快速的动态补偿。为使学生对此有深刻的理解,设计了单相逆变器在非线性负载条件下输出电压波形控制的研究性实验,对比分析了同步旋转坐标系下的PI双闭环(PI Dual Loop Control,PIDLC)、PIDLC+RC(Repetitive Control,重复控制)和PIDLC+RC+LCF(Load Current Feedforward,负载电流前馈)的控制性能。通过这样的对比研究,使学生在深入了解和掌握相关的单相逆变器及其控制策略的同时也让他们体会到科学研究的基本理念和方法,并有助于提升他们的实践能力和科研素养。

单相逆变器共模电磁干扰特性研究

在逆变器系统中,开关器件的高速开关产生了巨大的dv/dt和di/dt,形成了严重的电磁干扰(EMI)问题.介绍了逆变器在实际运行中产生的共模电磁干扰(CM-EMI)及其产生机理,得出了共模干扰源和传播路径,建立了单相逆变器共模干扰等效电路.通过分析回路参数和驱动脉冲延时不一致对共模干扰的影响,揭示出干扰抑制中前期工作的重要性,并提出了相应的解决方案,即以干扰源作为研究对象,对逆变器共模干扰进行特性分析与初步消除.仿真及实验结果表明,该方法可以有效消除逆变器产生的CM-EMI,从而保障逆变器正常工作.

两级式高频环节单相逆变器建模及稳定性分析

基于PWM开关模型,提出了单相高频环节逆变器尤其是后级单相逆变器建模方法。介绍了相关建模思想、建模流程及方法,并给出半桥双Buck逆变器建模结果验证,并将该方法推广至半桥逆变器。在此基础上,提取了半桥逆变器环路增益及输入阻抗模型,进而研究单相逆变器子系统及级联系统稳定性。最后指出目前该方法的局限性及未来有待完成的工作。

考虑死区效应单相逆变器开关频率分析

针对逆变器死区效应引起的输出波形畸变问题,以单相电压型双极性SPWM逆变器为研究对象,提出一种以输出电压THD值最小为指标的选取逆变器开关频率的方法。首先,利用双重傅里叶变换和贝塞尔函数,推导了考虑死区效应情况下输出SPWM的傅里叶级数展开式。通过对输出SPWM电压进行频谱分析,研究了THD值和不同开关频率的关系。经研究发现,存在最优开关频率使得输出电压的THD值最小。其次,采用分段线性拉格朗日插值法,拟合不同死区时间选取最优开关频率的公式。最后,以TMS320F28335为控制芯片,搭建了单相双极性全桥逆变器试验样机,验证了理论分析与所提方法的有效性。实验结果表明,所提出的逆变器开关频率选取方法在减小输出电压THD的同时,减小了开关损耗,提高了直流侧电压利用率。

一种基于单周期数字控制单相逆变器的研究

提出一种单周期数字控制的单相全桥逆变器的算法,运用该算法设计的逆变器具有易于实现、结构简单、鲁棒性好、动态响应快、控制灵活、稳定性好、智能化高、易于维护等优点,通过对采用该算法建立的仿真模型的仿真和物理样机的实验验证,表明该算法是正确和可行的。

单相逆变器双环+时滞的复合控制方法研究

为了解决单相逆变器谐振峰引起的残留振荡问题,进一步提升逆变系统的动静态性能,在电压、电流双闭环控制的基础上,引入Posicast时滞控制,构建双环+时滞的复合控制方案。首先建立了单相逆变器的数学模型,推导了双环控制系统中电流控制环路比例控制器和电压控制环路比例积分谐振(PIR)控制器的参数设计方法。在此基础上,揭示传统双环控制无法消除逆变器LC谐振频率处振荡的机理,并采用Posicast时滞控制方法,抑制逆变器的谐振峰,详细讨论了逆变器双环+时滞的复合控制性能。最后针对15 kW单相逆变器系统,进行实验验证,结果表明控制系统动静态性能良好。

比例积分与比例谐振对单相逆变器控制的研究与仿真

针对逆变器的控制方法,提出了传统比例积分(PI)与比例谐振(PR)两种控制策略。首先对两种控制策略进行详细的理论分析,然后对单相逆变器进行Simulink建模。结果表明,两种控制器应用在单相逆变控制系统中,均能够实现对逆变器输出的波形进行有效控制,能够做到几乎无相移电压输出,对谐波的抑制也起到了很好的作用。

基于DSP的单相逆变器并联控制系统设计与实现

介绍以DSP为主控芯片的单相逆变器并联控制系统的设计与实现。提出系统的硬件和软件流程,对TMS320LF2407A芯片的资源和系统的控制策略进行介绍和分析,并给出实测波形,证明系统设计是成功的。