焊割一体电源中串并联变压器优化设计

针对焊割一体电源在焊接工况和切割工况下输出电压电流差异较大的问题,本文提出了串并联变压器型移相全桥变换器拓扑,对串并联变压器的工作原理进行了分析,并给出了一种串并联变压器的优化设计流程,得到具有最小体积和最小损耗的串并联变压器设计方案。最后,设计了一台12 kW/100 kHz的焊割一体电源样机,最高效率达96%,实验验证了理论分析的正确性,设计满足系统宽输出电压电流范围的同时提高了系统的功率密度。

基于改进扰动观察法的光伏阵列最大功率点跟踪

常规的扰动观察法具有算法简洁、跟踪效率高的特点,在光伏阵列的最大功率点跟踪系统中得到广泛的应用。然而常规扰动观察法由于采用固定的扰动步长,难于同时获得较高的响应速度和稳态跟踪精度。本文提出了一种固定电压启动的变步长扰动观察算法,并与常规的扰动观察法进行了对比实验,实验结果证明了该方法的有效性。

直流模块式建筑集成光伏系统的协调控制

直流模块式建筑集成光伏(building integrated photo-voltaic,BIPV)系统由大量并联于直流母线的光伏直流建筑模块和集中逆变模块构成,具有能量转化效率高、可扩展性和可维护性好等优势,适合于建筑集成应用。然而在直流模块式BIPV系统中,每个光伏直流建筑模块的输出能量随着光照、温度等因素变化,具有较强的随机性,同时大量光伏直流建筑模块的并联进一步增加了系统内部能量流的复杂性,因此需要协调控制系统中大量的光伏直流建筑模块和集中逆变模块,保证系统能量平衡和稳定运行。该文首先分析了直流模块式BIPV系统协调控制的原理,提出一种基于直流母线电压恒定的协调控制策略;建立适用于系统协调控制器分析和设计的精确动态模型,给出一种系统协调控制器的设计方法;并通过实验验证了所提出的协调控制策略的有效性。

局部阴影条件下光伏模组特性的建模与分析

以考虑了反向雪崩击穿的光伏电池元的双二极管电路模型为基础,建立了适用于阴影效应分析的光伏模组的数学仿真模型,分析了光伏模组在局部阴影条件下I-V和P-V特性及输出能力的变化,提出了增强光伏模组抗阴影能力的方法。

直流模块式建筑集成光伏系统的拓扑研究

在建筑集成光伏(building integrated photovoltaic,BIPV)系统中,光伏组件作为具有发电能力的表面建筑材料,通常有不同的安装方向和角度,且易受到周围建筑物等形成的局部阴影影响,而采用常规的集中式、串式和多串式技术的电气结构由于系统最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)以光伏组件串或阵列为单位,难于获得高的能量变换效率,甚至可能形成热斑,导致光伏组件的不可逆损坏。为了解决上述问题,该文提出了一种直流模块式BIPV,该系统以将光伏组件、具有MPPT功能的高增益DC-DC变换器和表面建筑材料集成为一体的光伏直流建筑模块为核心,降低了系统成本,且每个光伏组件具有独立的MPPT,增强了系统抗阴影能力。论述了光伏直流建筑模块其拓扑设计的原则,比较分析了一族候选拓扑的性能,选择了一种适合的有源箝位型电流馈入的半桥变换拓扑做为光伏直流建筑模块中的集成DC-DC变换器,构建了直流模块式系统的实验原型,验证了系统的可行性。

单相单级并网光伏发电系统中二次功率扰动的分析与抑制

建立了光伏阵列的数学模型,分析了二次功率扰动对光伏阵列输出能力的影响,从提高光伏阵列的利用率角度给出了一种能有效抑制二次功率扰动的功率解耦电容的设计方法。

高能效直流模块式光伏发电系统性能评估

为了提高光伏发电系统在阴影和失配条件下的能效,保护光伏模组,提出一种基于并联直流模块的光伏发电系统结构,并与已有的串联直流模块和旁路直流模块式光伏发电系统进行了比较分析,综合评估了3种高能效直流模块式光伏发电系统的性能和特点。

建筑集成光伏的发展概述

建筑集成光伏将光伏发电系统与建筑有机地集成为一体,能有效降低光伏系统的成本,缩短能量回收期,提高建筑物能效,是太阳能应用的一个重要分支。本文回顾了建筑集成光伏的发展历史,分析了国内外研究和应用现状,从电力电子学领域探讨了建筑集成光伏未来的研究和发展方向。

链式静止同步补偿器的直流电容电压平衡控制

针对链式静止同步补偿器中直流电容电压平衡的问题,在分层控制架构的基础上,提出基于有功电压矢量叠加的平衡控制方法。上层通过解耦控制完成三相链接总的有功和无功控制;下层采用所提出的平衡控制,在上层输出的控制量上叠加一个与输出电流方向平行的有功电压矢量对同相链节间的有功进行分配,实现直流电容电压平衡控制。对直流电容电压平衡控制进行矢量分析,得到其稳定工作区域以及所提控制方法的物理意义和调控范围。研制了一台三相36个链节的物理样机,并在样机上进行了实验验证,证明了所提控制方法的有效性和可行性。

系统电压不平衡下链式静止同步补偿器控制研究

针对三角形连接的链式静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)系统电压不平衡下的控制问题,提出分相瞬时电流控制策略,在此基础上研究了链式STATCOM在不平衡电压下的补偿模式,提出无功补偿和电压控制2种改进型补偿模式,并设计了其离散化电流环控制器。通过分相瞬时电流控制能够维持链式STATCOM在不平衡电压下的正常工作,2种改进型补偿模式使链式STATCOM能够有效的对不平衡系统进行补偿,仿真验证了所提控制策略及补偿模式。研制了一台三相36个链节的物理样机,并在样机上进行实验,证明了所提方法的正确性和有效性。

基于改进遗传算法的微网能量管理模型

提出了一种微网能量管理模型优化微网的运行。由于光伏系统的输出具有间歇性和随机性,因此采用发电预测模型的输出作为微网能量管理模型的输入进行规划光伏发电系统的输出;由于储能单元的充放电管理是一个涉及多时段的复杂规划问题,提出了能量平衡约束进行优化管理储能单元的充放电;能量管理模型对储能单元与分布式电源统一建模,将储能智能管理、经济负荷分配、运行效益优化等多目标优化问题转化成为单目标优化问题进行求解;设计了两种运行策略,实现了微网在孤立和并网两种模式下的经济运行,采用改进的遗传算法进行求解。通过一个小型直流微网算例验证了所提模型和算法的有效性,算例结果表明该模型实现了微网的最优运行,相关结果可用于微网的经济效益评估。

并网逆变器中数字控制延时对系统稳定性的影响及其优化设计

数字控制系统中不可避免地存在延时,而延时环节会改变系统的相位特性,影响系统稳定性。文中以逆变侧电感单电流环控制为例,在模拟域和数字域下分析了系统的稳定性,系统地研究了数字控制系统中的延时时间对稳定性的影响,在此基础上,详细分析了保持系统稳定的延时时间范围。并从改善系统稳定性的角度,提出了一种数字控制延时的优化设计与延时调整方法。在一台并网逆变器上进行实验,试验结果验证了分析的正确性和所提出方法的有效性。

几种光伏系统MPPT方法的分析比较及改进

在光伏发电系统中需要对光伏电池的最大功率点进行跟踪。分析了4种常见的最大功率跟踪(Maximum Power Point Tracking,简称MPPT)方法,比较了其优缺点。针对MPPT启动过程中特性较差的问题,提出了一种改进启动特性的MPPT方法,并通过实验验证了该方法的有效性。

逆变式等离子切割电源双闭环控制策略

基于逆变式空气等离子切割电源非接触式引弧及切割过程对输出电压电流的控制要求,提出一种具有指令电流前馈的电流外环电压内环的双闭环控制策略,通过建立切割电源的等效数学模型,对双闭环控制系统进行了频域分析与设计。仿真和实验表明:所提控制方法具有响应速度快、超调小、负载适应性强和稳态精度高等优点,克服了传统控制方式下可能出现引弧失败的缺点,极大地提高了切割起弧成功率,并且对切割负载的扰动有很强的抑制能力。

UPS并联系统的SPWM再调制控制技术研究

在全数字化并联UPS系统中,由于定时器的最小时基的限制,系统的同步控制精度低。该文提出了一种简单实用的基于再调制SPWM的数字同步控制策略。文中给出了几种SPWM再调制的实现方案,并对比分析了其调节精度和谐波特性。对采用再调制SPWM控制的并联UPS系统进行了数字仿真和实验研究,最后与未采用再调制SPWM控制的系统进行了对比分析。仿真和实验结果表明再调制SPWM控制策略大大提高了系统的同步控制精度,保证了并联UPS系统的稳定运行,较好地抑制了UPS模块间的环流。

基于模型参数拟合的锂离子电池充电电源控制性能

随着电动汽车及其相关行业的兴起,对电动汽车用电池充电电源有了较大的需求。区别于传统电源设计,锂离子电池的非线性特性增加了充电电源控制器设计的复杂性。本文根据锂离子电池特性,采用脉冲电流放电法,建立了锂离子电池模型,并对模型参数进行了拟合。进一步分析了带电池负载的充电电源系统小信号模型,在此基础上,根据选择的充电策略,从系统稳定性和纹波要求对充电各阶段控制器参数进行了设计。通过仿真和实验验证,系统控制参数具有较强的鲁棒性,适合锂离子电池充电应用。

LCL滤波并网逆变器双环控制参数设计与优化

并网逆变器中LCL滤波器的谐振峰可能引起系统不稳定。为了抑制谐振峰的影响,可以采用电容电流内环、并网电流外环的双电流环策略控制并网电流,但由于内外环都是电流环,其控制带宽相差不大,传统方法中内外环独立设计可能导致内外环控制器难以协调工作。文中提出了一种控制器参数整体设计及优化方法,采用少自由度的极点配置方法得到控制参数,在考虑系统具有一定稳定裕度的情况下基于时间乘以误差绝对值积分指标进行参数优化。采用该方法可避免控制参数的多次调整,同时具有良好的鲁棒性。在一台并网逆变器上的实验结果表明,所提出的整体参数设计与优化方法可使控制系统得到良好的动稳态性能。

三相不对称条件下的电网阻抗检测方法

电网阻抗检测法是一种在并网逆变器中广泛使用的孤岛检测方法。基于单次谐波电流注入的常规电网阻抗检测法在单相和三相对称电网中可准确检测出孤岛,但当三相电网不对称时,注入的对称谐波电流将引起谐波电压不对称,从而影响电网阻抗的计算,可能导致孤岛检测失败。该文首先分析了基于谐波电流注入的常规阻抗检测方法在三相不对称条件下的失效机理,然后提出一种采用2种不同频率非特征谐波电流注入的方式,结合离散傅里叶变换(discrete Fourier transformation,DFT)算法检测三相电网阻抗的方法,并分析了该方法的基本原理和性能,最后在三相电网阻抗不对称的条件下进行了实验验证。理论分析和实验结果表明该文所提出的阻抗检测方法是有效可行的。

基于独立光伏系统的三相三电平逆变器

为给二级能量变换结构的光伏电厂提供高效后级逆变器,设计和实现了一台12 kVA逆变器。主电路采用中点位式三电平结构,以IGBT作为主开关器件,以重复控制与瞬时值反馈控制相结合的控制策略产生SPWM波,利用重复控制抑制非线形负载下的电压畸变,利用瞬时值反馈控制改善系统的动态响应过程,输出级采用LC滤波器减少输出电压u的谐波及du/dt,采用软硬件相结合的限流保护方法。装置实验表明,这种逆变器效率和输出波形质量高。

电网对称短路故障时分布式电源功率注入对并网点电压的支撑作用

根据分布式电源(distributed generation,DG)等效电路模型及相量图,推导了故障时刻分布式电源对并网点电压支撑作用的原理,揭示了电压支撑效果与电网阻抗比及DG渗透率之间的关系。据此,提出了故障时刻根据电网阻抗比分配DG输出有功和无功来支撑并网点电压的方法。仿真算例结果验证了所提方法的有效性。