低漏电流中点钳位型光伏并网逆变器

为改善光伏并网逆变器的共模电压不恒定的问题,分析了全桥逆变器的共模等效电路,提出一种基于混合桥臂的中点钳位型光伏并网逆变器,通过连接于直流电容中点的2个二极管或2个开关管的钳位作用,使逆变器的共模电压在续流阶段保持恒定,并且与传统的具有中点钳位功能的H6电路相比,该结构具有更低的导通损耗和更为简单的控制方式.仿真和实验结果表明:改进的电路结构具有更低的共模漏电流和恒定的共模电压.

基于自适应滑模观测器的中点钳位型三电平并网逆变器开关管和电流传感器故障诊断

为提高中点钳位型三电平(3L-NPC)并网逆变器故障诊断的准确性和可靠性,针对其开关管开路故障和电流传感器故障,提出一种基于自适应滑模观测器的开关管开路故障和电流传感器故障同时诊断方法。该方法首先针对3L-NPC并网逆变器,设计一种收敛速度快且能显著抑制抖振的自适应滑模观测器来精确估计正常状态下的三相电流值;其次,利用实际电流和估计电流设计了故障检测变量;同时,利用实际三相电流之和以及估计三相电流之和来区分开关管故障和电流传感器故障;在此基础上,构造开关管故障定位变量和电流传感器故障识别变量,实现开关管开路故障的准确定位以及电流传感器故障类型的快速识别。实验结果验证了该文所提诊断算法的有效性和鲁棒性。

中点钳位非隔离全桥光伏并网逆变器

针对光伏发电系统对非隔离逆变电路的需求,提出构成一类中点钳位非隔离全桥光伏并网逆变器的2种基本开关单元:中点钳位正单元(positive-neutral point clamped cell,P-NPCC)和中点钳位负单元(negative-neutral point clampedc ell,N-NPCC)。提出由2种基本单元构造中点钳位全桥逆变器拓扑的生成机理和推演方法,按照该方法可以得到现有的中点钳位非隔离全桥光伏并网逆变器拓扑,如oH5、FB-DCBP以及一族新的中点钳位非隔离全桥并网逆变器拓扑。以所提PN-NPC拓扑为例详细分析了其工作原理,并实验比较了PN-NPC和Heric拓扑的变换效率和共模特性。所提拓扑的共模电压为恒定值,且其变换效率和共模特性均优于Heric拓扑。

高效率中点钳位型光伏逆变器拓扑比较

光伏逆变器是太阳能光伏发电系统的核心部件之一。为了提高太阳辐射能的利用效率,降低光伏发电的成本,高效率的光伏逆变器拓扑已成为近年来的研究热点。中点钳位型(NPC)三电平电路拓扑由于具有开关损耗小、电磁干扰(EMI)小、光伏阵列对地杂散电容上无共模漏电流、所需滤波电感小等优点,非常适用于单相光伏逆变器。本文对三种典型的三电平NPC拓扑(二极管NPC、有源NPC(ANPC)和Conergy NPC)进行了全面深入的比较分析,包括调制原理、功率损耗分布、器件成本和性能特点,并通过实验测试了三种拓扑的效率。研究结果表明:①Conergy NPC的效率在三种拓扑中最高,且所用器件数最少;②有源NPC的功率损耗分布可以灵活调节,有利于大功率应用场合的散热设计,但其控制比较复杂,且器件成本在三种拓扑中最高;③二极管NPC拓扑的功率损耗分布不易调节,不利于大功率应用场合的散热设计。

基于有源钳位的无变压器型单相光伏并网逆变器

为了抑制无变压器型光伏并网系统中的高频共模漏电流,传统的无变压器型逆变拓扑通常在并网电感续流阶段切断交流侧与直流侧的电气连接,减少共模电压的高频脉动。但是,由于系统的共模电压在并网电感续流阶段处于悬浮状态,受到共模回路的电路寄生参数的影响,不可避免地引起高频共模漏电流。本文从漏电流抑制原理出发,提出了一种新型的无变压器型单相光伏并网逆变电路,该电路通过将并网电感续流阶段的共模电压钳位至母线电容中点的方式,消除系统共模电压扰动,从而有效抑制系统的共模漏电流。此外,该电路的器件损耗低,可以获得较高的电能转换效率。文中详细分析了电路的几种工作模态,给出了一种适用于该电路的PWM控制方法。同时,通过理论分析,将该电路与已有的拓扑进行了性能比对。最后,搭建了2k W的实验原理样机,验证了该电路在光伏并网系统中的有效性。

带有源钳位光伏并网逆变器谐波形成机理与抑制方法研究

有源钳位技术因其能吸收漏感能量,实现主开关管零电压开通等特点被广泛应用于光伏并网逆变器中,但增加有源钳位电路会引起并网电流的谐波的增加,造成电能质量下降等不利影响。该文以电流断续模式(discontinuous current mode,DCM)有源钳位反激式微型光伏并网逆变器为例展开研究,通过对有源钳位各个阶段波形进行分析,对带有源钳位并网逆变器并网电流进行数学推导,对其谐波形成机理和谐波增加的原因进行研究,在此基础上提出并网电流的谐波抑制方法。最后通过仿真和实验验证理论分析的正确性,从而为有效改善带有源钳位并网逆变器的电能质量提供理论依据。

DSP的有源钳位反激式光伏并网逆变器设计

本文设计了一套以TI公司的TMS320F28335浮点型DSP为控制核心的单相光伏并网微型逆变器,光伏电池输出的直流电经交错并联反激式变换器转换为2倍于电网频率的正弦双半波电流,再用极性反转桥将正弦双半波电流转换为与电网同频同相的交流电并入电网。采用有源钳位电路能使MOSFET管实现零电压开关(ZVS)。提出的一种改进型扰动观察法,可提高MPPT效率。样机实验波形表明,该光伏逆变器输出电流谐波含量较少,能够向电网输送高质量的电能。

有源中点钳位型三电平并网逆变器多目标优化预测控制

有源中点钳位型(ANPC)三电平变换器作为并网逆变器能够实现功率器件的热损耗平衡,适用于光伏发电系统。针对传统中点钳位型(NPC)三电平并网逆变器开关管发热不均衡等问题,本文提出一种ANPC三电平并网逆变器的多目标模型优化预测控制方法,基于三电平输出的开关状态需要遵循单位电平跳变的原则,剔除不符合跳变原则的开关状态,减少模型滚动优化的次数。针对开关管的发热不均衡问题,根据ANPC三电平并网逆变器的结构特点,通过对开关管的开通和关断损耗进行线性拟合,实时计算各开关管的功率损耗,把各开关管的不均衡损耗加入目标价值函数以实现不均衡损耗的最小化。最后通过ANPC三电平并网逆变器直接功率控制的实验结果验证了所提控制方法的正确性和有效性。

三电平光伏并网逆变器SHEPWM优化控制方法

提高输出电能质量、抑制共模电压和减小电磁干扰对提高光伏并网逆变器的性能具有重要研究意义。以三电平有源中点钳位型(3L-ANPC)光伏并网逆变器为研究对象,将特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)的三相输出波形视为空间状态矢量,分析SHEPWM对应的各开关状态矢量产生的共模电压幅值及其对中点电压的影响,从而提出一种改进的SHEPWM控制策略,在降低并网逆变器输出共模电压的同时,有效地控制了3L-ANPC光伏并网逆变器的中点电压平衡。最后通过仿真和实验验证了控制策略的有效性。

NPC光伏并网逆变器共模电流抑制方法研究

针对中性点钳位(NPC)的非隔离型三相光伏并网逆变器采用传统空间矢量调制(SVPWM)方式时必然产生高频共模电流的问题,提出了两种基于传统三电平SVPWM调制方式的改进方法。在不改变任何硬件拓扑结构的情况下,通过对开关序列和冗余矢量的合理选取及排序,使系统共模电压稳定在V_(PQ)/2,同时引入直流电压外环及有功、无功电流内环协调控制,从而实现系统共模电流的抑制。与传统的三电平正弦调制(SPWM)方式和SVPWM调制方法相比,所提方法具有输出共模电压稳定,共模电流小,同时入网电流谐波含量低的优点。理论分析和仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。

光伏发电三电平并网逆变器的LCL滤波器分析与设计

中点钳位三电平并网逆变器正在越来越多地被应用于新能源发电系统中,为更好地减小并网电流谐波,LCL滤波器因其优越的滤波性能也获得了广泛的应用。对于LCL滤波器的谐振峰问题,常用的控制算法包括无源阻尼控制和有源阻尼控制,有源阻尼控制由于克服了无源阻尼控制所存在的能量损耗缺点,逐渐成为研究热点。针对三电平并网逆变器拓扑结构以及基于电容电流反馈的有源阻尼控制策略,深入讨论了LCL滤波器参数的设计方法,实验表明所研究的滤波器设计方法是正确可行的。

基于快速MPC的三相LCL并网NPC逆变器

针对三相LCL并网逆三电平中点钳位(Neutral Point Clamped,NPC)逆变器中有限集模型预测控制(Finite Control Set-Model Predictive Control,FCS-MPC)计算量大和控制速度慢导致NPC逆变器性能变差的问题,设计了一种快速模型预测控制方法。通过改变快速模型预测控制中参考电流电角度控制逆变器输出电流的相位,实现入网电流与电网同步;通过在冗余短矢量中选择合适的短矢量,实现直流侧中点电压平衡,减少计算量;通过缩小计算扇区,使快速模型预测控制仅在当前最优输出电压矢量附近进行寻优计算,进一步减少计算量。在MATLAB/SIMULINK中搭建了三相LCL并网NPC逆变器仿真模型,仿真结果验证了上述控制方法的快速性和可行性,运算速度提高了18.31%,入网电流总谐波失真(Total Harmonic Distortion,THD)值减少了2.38%。

三电平ANPC并网逆变器损耗分布平衡的研究

采用三电平拓扑的光伏并网逆变器能有效提高系统的容量、输出电能质量和效率。本文以三相三电平有源中点钳位型光伏并网逆变器为研究对象,采用特定谐波消除脉宽调制方法,分析了在不同输出状态之间进行切换时器件损耗分布情况,研究了3种冗余零状态换流模式,通过合理选择不同的冗余零状态使电流通过不同的路径,提出了每相桥臂轮流采用这3种换流模式的控制策略,从而有效地实现了器件损耗平衡分布。最后搭建三电平有源中点钳位光伏并网逆变器实验平台对提出的控制策略进行了验证,实验结果表明了提出的控制策略能有效地实现器件的损耗分布平衡。

具有飞跨电容辅助桥臂的五电平高压并网逆变器

结合当前五电平高压并网逆变器拓扑研究现状,提出了一种具有飞跨电容辅助桥臂的五电平中点钳位(5L-NPC)逆变器拓扑,并利用飞跨电容技术实现了中点自平衡,可作为10kV等级的风力发电、光伏等大功率并网逆变器或静止同步补偿器(STATCOM)。首先分析了造成常规5LNPC逆变器3个直流中点不平衡的原因,随后详细说明了飞跨电容技术实现中点自平衡的原理,并给出了相关参数的选取范围,最后通过实验验证了所提拓扑的正确性与可行性。

一种可抑制共模电压的H14三电平光伏逆变器

为了减小共模电压对光伏系统的不利影响,文中提出了一种新型的三相逆变器拓扑(H14拓扑)及其控制方法,阐明了H14逆变器的工作原理,分析了H14逆变器各运行模式下各开关状态对应的共模电压,设计了基于开关函数的H14逆变器控制方式,实现了共模电压的有效抑制。对H14逆变器的共模电压、相电流、中点电位、线电压进行了分析,实验验证了所提拓扑结构及其控制方法对共模电压抑制的有效性。

一种改进中点钳位型HERIC电路拓扑研究

在HERIC电路拓扑的基础上提出一种改进中点钳位型HERIC拓扑。该拓扑通过在光伏逆变器直流输入电容的中点与主电路桥臂之间加入2个开关管,将桥臂处2点电压有效钳位且电压值为输入端电容电压的一半,且共模电压保持不变,从而达到抑制漏电流目的。通过仿真和实验验证了所提出电路具有效率高、抑制能力好的特性。

320kW组串式光伏逆变器的IGBT模块解决方案研究

组串式光伏逆变器的单机功率密度不断攀升。为应对高功率密度的技术趋势,针对320 kW组串式光伏逆变器,提出了基于全新的EasyPACK 4B封装技术的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块方案。该方案基于有源中点钳位(ANPC)拓扑结构,IGBT选择芯片类型时,可采用英飞凌科技股份有限公司最新推出的950V S7或950V L7芯片,推荐采用指定的脉冲宽度调制(PMW)策略。为实现逆变器更高的能量转换效率,ANPC拓扑结构内部的IGBT、外部的IGBT分别采用不同特性的芯片,钳位二极管使用SiC肖特基二极管。创新型的EasyPACK 4B封装技术通过优化芯片布局及换流路径,单个IGBT模块就可以实现一个逆变桥臂的功能。仿真验证结果表明:基于该IGBT模块方案的组串式光伏逆变器的功率能够达到业界最高的逆变器功率320 kW,且所需模块数量仅为传统IGBT模块方案的一半,并在不同工况下IGBT模块的效率均可达到99%以上,适用于大功率组串式光伏逆变器的技术需求。

基于通用型中点钳位电路的新型低漏电流全桥光伏逆变器

全桥逆变器在传统单极性正弦脉宽调制下会产生高频脉动的共模电压，限制了其在非隔离型光伏并网领域的应用。H6电路结构通过构造不同的续流回路理论上可以消除共模电压高频波动，但是由于开关结电容的存在，共模电压并不恒定。为改善光伏并网逆变器的共模特性，本文首先分析了全桥逆变器的共模等效电路，然后提出一种通用型的单相逆变器中点钳位电路，通过连接于直流电容中点的两个二极管的钳位作用，使逆变器的共模电压在续流阶段保持恒定。该通用型中点钳位电路能够钳位于全桥逆变器的不同位置，从而构成一族基于中点钳位电路的低漏电流全桥逆变器电路结构。与传统的具有中点箝位功能的H6电路相比，该结构具有更低的导通损耗和更为简单的控制方式。最后仿真和实验结果显示改进的电路结构具有更低的共模漏电流和恒定的共模电压。