两级式单相光伏逆变器并网过电压抑制策略研究

随着高渗透分布式光伏电站接入低压配电网,其并网点过电压现象日益严重。以两级式单相NPC三电平并网逆变器为例,提出了一种基于有限控制集模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)的过电压抑制方法。采用改进的粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法追踪光伏阵列的最大功率点(maximum power point,MPP),将其作为有功功率参考值。分析光伏电站接入配电网造成过电压现象的原因,利用逆变器的无功调压理论,得出逆变器的无功功率参考值。通过目标函数的设计,使得逆变器输出时变的有功功率和无功功率,从源侧解决了光伏并网的过电压问题。在Simulink仿真中进行验证,结果表明:相比扰动观测法和电导增量法,改进的PSO算法稳态震荡和跟踪误差最小,跟踪效率最高;当并网点出现过电压现象时,所提的过电压抑制策略可以使逆变器输出一定的无功功率,将并网点电压调节到安全范围以内。

两级式单相逆变器的二次功率解耦控制

两级式单相逆变器由前级DC/DC和后级DC/AC组成,通常利用负载电流前馈提高DC/DC的动态响应能力,但DC/AC输出瞬时功率的二次脉动,会由前馈通道使DC/DC的输入源产生二倍频电流。为了消除负载瞬时功率脉动对前级DC/DC的影响,提出在电压环引入串联虚拟阻抗以及增加电流环有功指令的前馈解耦控制方法,并推导出2条前馈通路的最优组合方式。在此基础上给出串联虚拟阻抗和有功电流前馈的优化选取方法以及控制器参数设计思路。该方法不仅能有效抑制输入侧的低频纹波电流,保证了系统的稳态性能,而且能够完整快速提取前馈分量,提高了DC/DC负载突变时的响应速度,实现了前后级之间的二次功率解耦。理论分析表明,所提控制既能满足二倍频电流抑制要求,又增大了电压环带宽,系统的动态特性更强。仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性。

应用于两级式逆变的双有源串联谐振变换器二倍频波动抑制及控制参数设计

在两级式逆变器中,后级逆变器在带有单相或三相不平衡负载时会产生二倍频的瞬时功率波动,此二倍频波动会耦合进入前级直流变换器,造成前级双有源串联谐振变换器(dual active bridge series resonant converter,DBSRC)的交流谐振电流幅值出现较大的二倍频波动。考虑到DBSRC高阶模型较为复杂,提出简化的降阶一阶小信号模型。基于此简化模型,通过在电压闭环回路中串入二倍频陷波器,大范围地增加二倍频处的闭环输出阻抗,从而实现抑制前级的DBSRC的谐振电流波动。进一步,提出保证两级式逆变系统稳定的二倍频波动抑制的控制参数设计方法。最后,通过仿真和实验验证了所提出的简化降阶模型和控制系统参数设计的有效性和可行性。

无电解电容两级式逆变器控制策略与仿真计算研究

现行逆变器中电解电容的故障率较高,逐渐凸显为影响电网逆变器实际使用寿命的技术瓶颈。为减小电压纹波,在两级式逆变器中加入解耦变换器,并采用MATLAB软件搭建了一种单相两级式逆变器并联解耦电路仿真模型,通过对比加解耦电路前后两级式逆变器的变化,得出增加解耦变换器对于减小母线电压纹波有明显的效果,验证了无电解电容两级式逆变器控制策略的有效性,相关研究结论可为电力工程逆变器的设计提供参考。

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。

一种单相两级式光伏并网逆变器控制策略

分析了单相两级式光伏并网逆变器的控制策略:在传统双PI控制基础上加入电网电压前馈及母线纹波补偿以降低并网电流谐波含量;分析了电压外环采用比例谐振(PR)调节器的控制方法具有良好的动态调节性能。与传统前后级分开控制不同,根据前后级功率平衡的原理,提出用前级最大功率点跟踪(MPPT)和母线控制器产生后级逆变参考电流的控制思路。既能稳住母线电压,又能降低母线电压纹波对并网波形的影响。

分布式光伏零输入纹波逆变器及其控制

提出一种适用于分布式光伏的单相两级式反激逆变器,通过在原边侧引入包含纹波吸收电容在内的有源辅助电路,利用有源电路中的开关管对辅助电容进行充放电控制,实现对单相逆变器固有输入低频脉动功率的吸收与转移,有效抑制源侧输入低频电流纹波,提升了光伏电池使用寿命与系统可靠性。详细阐述了所提新型逆变器拓扑结构及其工作原理、系统各环节的控制方案设计与实现方法。通过构建MATLAB系统仿真模型以及单相两级式逆变器实验样机,共同证明了理论分析的正确性。

两级式单相逆变输入端纹波电流双反馈抑制

在两级式单相逆变系统中,逆变器的输入端电流含有大量低频纹波。本文对两级式单相逆变系统中能量流动、纹波功率以及输入端纹波电流的产生机理进行了分析。基于Boost电路的小信号模型和纹波电流的等效电路模型,提出一种基于电流双反馈通道的输入端纹波电流抑制方法。此控制策略在基于DSP的先进数字控制平台上进行了实验,实验结果表明了该控制策略的有效性和合理性。

一种新颖的抑制两级式直交逆变器输入电流低频脉动的方法

两级式直交单相逆变器输入电流中含有两倍于逆变器输出频率的低频分量,这些低频分量幅值相对其平均值的比例很高,可达到30%以上,严重时将会影响直流电源系统的稳定性,也会大大影响输入电压源的蓄电池、燃料电池的使用寿命。通过研究该电流低频分量产生的原因,对前级直直变换器提出一种新的控制策略,即在传统的控制策略中引入谐振控制器,可以有效的抑制直直变换器输出滤波电感电流的低频脉动,进而可以有效抑制变换器低压侧输入电源电流低频脉动分量。给出谐振控制器的设计方法,以及引入谐振控制器之后系统各环路的传递函数,分析满足系统稳定性要求的设计准则。最后通过仿真和实验验证该控制策略对于抑制两级式直交逆变器输入电流低频脉动的有效性。

基于虚拟阻抗且提高系统带宽的抑制两级式逆变器中二次谐波电流的控制策略

两级式单相逆变器的瞬时输出功率中存在脉动功率,使得前级直流变换器中产生二次谐波电流。为了减小该二次谐波电流,本文提出了基于虚拟阻抗的二次谐波电流抑制方法,并针对虚拟阻抗为电阻的情形,给出了一种闭环参数的设计方法。为了提高带宽,提出一种带有带通滤波器电感电流反馈的二次谐波电流抑制方法,并在带通滤波器中加入阻尼电阻,使得该种控制方法不仅能显著减小前级直流变换器中的二次谐波电流,还能改善变换器的动态特性,并保证系统稳定工作。最后,研制了一台1kV·A原理样机并进行了实验验证,实验结果证明了所提出控制策略的有效性。

两级式光伏并网逆变器建模与非线性动力学行为研究

本文首先建立了两级式光伏并网逆变器严格的分段光滑状态方程,分析级联情况下光伏阵列电压对光伏并网逆变器非线性动力学行为的影响,然后探讨拓展两级式光伏并网逆变器输入电压范围的策略,并研究前后级电路内部参数变化引起并网逆变器输出电流的快变尺度分岔和慢变尺度分岔现象.研究发现:若对光伏阵列电压进行分段控制,可以有效展宽两级式光伏并网逆变器的输入电压范围;适当增加前级输出电容值、电感量,可以避免系统产生混沌运动,而后级参数的取值需避开多个不连续的混沌区域.研究结果对提高光伏发电系统的效率与稳定性有较重要的参考价值.

两级式逆变器中前级直流变换器的控制方法

兼顾二次谐波电流抑制和动态性能改善是两级式逆变器中前级直流变换器的基本控制目标。该文从阻抗的观点出发,指出使前级直流变换器的闭环输出阻抗在二倍输出电压频率处呈现高阻抗,而在非二倍输出电压频率处呈现低阻抗是实现此控制目标的基本方法。采用与前级直流变换器的输出阻抗串联虚拟阻抗,并同时与中间母线电容并联虚拟阻抗的方法,实现了所提出的基本方法,并以Buck类的前级直流变换器为例,给出实现虚拟串联阻抗和虚拟并联阻抗的控制框图。通过对该控制框图进行等效变换,可推导得到现有文献中已提出的二次谐波电流抑制方法。最后,研制一台1 k VA原理样机,并通过理论分析和实验验证对这些不同控制方法的二次谐波电流抑制效果及对系统动态性能的改善作用进行对比。实验结果证明了理论分析的正确性。

基于虚拟阻抗的两级式单相逆变器二次纹波电流传播特性

两级式单相逆变器的输出瞬时功率包含两倍于输出电压频率的脉动功率,致使前级直直变换器的输入存在二次谐波电流。前级直直变换器控制环路的优化是解决该问题的有效且低成本的方法。首先,通过环路等效给出单环控制和双环控制的等效电路模型,利用虚拟阻抗的概念,分析了电压外环和电流内环在二次纹波电流传递过程中的作用。在此基础之上,统一归纳了现有控制策略的抑制原理,指出了各自存在的局限性,并相应地给出了优化方案。最后,利用1500 VA的两级式单相逆变器模型进行仿真,验证了分析方法的可行性及各个控制策略优化的有效性。

两级式逆变器中间母线电压低频纹波抑制

两级式单相逆变器输出电压和电流都是低频交流电,输出瞬时功率中除含有直流量外还含有2倍输出频率的脉动量,造成中间母线电压出现二次纹波分量。为解决逆变环节产生的谐波引起母线电容发热从而危及母线电容的运行寿命以及母线电压脉动可能导致逆变输出电压畸变的问题,提出了一种通过改变前级直流变换器外环电压控制器参数以实现母线电压低频纹波抑制的方法,并研究了两级式直交逆变器中间母线电容电压特性,通过分析逆变环节输入电流中直流分量、二次谐波分量等表达式,从而揭示两级式逆变器中间母线电容低频电压纹波的产生及其影响因素。方法中前级直流变换器、后级逆变器均采用电压电流双闭环控制。仿真和实验结果表明该控制方法是正确、可行的,且母线电压低频纹波抑制效果明显。

单相两级式并网逆变器的研制

随着新能源产业的发展,并网逆变器的应用变得越来越广泛。设计了一个单相两级式非隔离并网逆变器。逆变器前级Boost电路采用电压外环和电流内环的双控制结构完成对输入端的稳压功能,后级全桥逆变电路采用直流电压外环稳定母线电压同时电感电流内环实现逆变器的并网功能。Matlab仿真和实验结果验证了控制算法的正确性和有效性。

继电器旁路的两级式光伏并网逆变器研究

针对目前两级式光伏并网逆变器存在的转换效率问题,提出一种改进型的电路拓扑,在光伏电池与母线电容之间旁接一个继电器,由光伏电池输出电压值通过滞环比较器控制继电器的通断与两种工作模式的选择。前级升压电路停止工作,主电路电流经继电器到直流母线,后级逆变器实现最大功率点跟踪和并网功能,避免了前级电路升压电感和二极管造成的损耗,提高了转换效率。Matlab仿真实验和3k W样机实验结果都验证了本改进拓扑的可行性和控制策略的有效性。

兼顾功率协调控制的两级式光伏逆变器低电压穿越控制策略

为提高基于Boost电路的两级式光伏逆变器的低电压穿越(LVRT)能力,设计了以基于Boost的直流母线电压控制环为核心的兼顾有功、无功电流协调控制的LVRT策略.首先分析了两级式光伏逆变器的常规Boost电压控制模式和输出电流控制策略;在电网电压跌落时,通过引入基于故障前光伏阵列最大功率点电压前馈的母线电压控制外环改变Boost电压控制模式来快速调节光伏阵列的输出功率,以稳定直流母线电压和防止逆变器过流;同时,根据电压跌落深度,按比例减小有功电流id,在保证逆变器不过流的前提下输出无功电流iq,为电网提供无功支撑,以帮助电网故障恢复.最后,利用PSCAD/EMTDC仿真软件搭建100 k W两级式光伏逆变器模型进行控制策略验证,结果表明该策略不仅在电压发生深度跌落时仍能快速、有效地抑制直流母线电压升高,使光伏逆变器安全地实现低电压穿越,而且提高了其在电网故障期间的无功支撑能力.

两级式光伏并网逆变器的非线性控制系统设计

传统两级式光伏并网逆变器控制策略存在系统无效损耗过大、系统控制效率低下等问题。为了有效解决此问题,设计新型两级式光伏并网逆变器的非线性控制系统。通过系统结构设计、光伏并网逆变器非线性控制进网电流环设计、非线性控制系统直流母线电压环设计,完成系统硬件设计。通过两级式光伏非线性控制侧功率解耦电容设计、系统母线电容设计、系统Boost电感设计,完成系统软件设计。模拟新型系统运行环境,设计对比实验结果表明,与传统两级式光伏并网逆变器控制策略相比,新型系统能有效控制无效损耗,大幅提升系统控制效率。

浅论单相双级式光伏并网逆变器

单相双级式光伏并网系统就是用直流电和可变电阻来模拟太阳能电池的输出特性曲线,根据其工作原理来分析理论上的可行性,并进一步提出改进的变步长占空比扰动法,这样能有效提高快速性还有高效性。逆变器是以DSP为核心的并网策略,设计有并网逆变器电压、电流双闭环控制系统。双环中的外环是直流电来控制的,直流输入更加稳定。而内环则是并网电流控制的,输出电流与电网电压频率相同,相位也相同。现在还有一种有效跟踪锁相精度的软硬件组合的改进方法。而根据实验的结果,能发现并网逆变器可以最大功率进行点跟踪,还可以使输出电流的精确跟踪电网电压。

两级式并网逆变器分时复合控制策略研究

针对光伏发电系统中的两级式并网逆变器,采用了一种新型的分时复合控制策略。首先详细分析了分时复合控制策略的基本工作原理,该方法可以使得前后两级电路交替进行高频开关工作,从而有利于减小损耗;在此基础上,对分时复合控制策略下的入网电流控制环路进行小信号建模,并给出了相应的控制环路参数设计,以保证具有良好的稳态和动态性能;最后搭建了一台1 k W实验样机并进行实验验证。实验结果表明所采用分时复合控制策略的可行性和有效性。