信息化新型单相双Buck并网逆变器双闭环并网电流控制方法研究

依托信息数字技术,提出信息化新型单相双Buck并网逆变器双闭环并网电流控制方法设计。采用智能电频强度控制技术(VNDS)、波强保护算法(BVUS)与动态脉宽控制技术(BDZT),对传统双Buck并网逆变器电流控制方法存在的问题进行解决。仿真实验证明,提出的信息化新型单相双Buck并网逆变器双闭环并网电流控制方法各项测试数值优于传统双Buck并网逆变器电流控制方法。

新型单相双Buck并网逆变器

光伏并网逆变器是将太阳能转化成电能不可或缺的装置。设计高质量、高效率和高可靠性的逆变装置,具有重要意义。选择双降压全桥电路拓扑,没有桥臂直通的危险,无需设置死区时间,提高了并网电流的波形质量。采用单极性倍频SPWM算法并对工作模态进行了分析,搭建了Matlab仿真模型和500 W实验平台,通过仿真模型和实验平台的实验分析对比,验证了方案的正确性。

计及频率耦合的单相并网逆变器阻抗建模及稳定性分析

随着可再生能源渗透率的提高,电力电子变流器与大电网间的相互作用引发的振荡事故频发。为了研究新能源并网引发的振荡特征,本文通过实信号与复向量的联系解释了计及锁向环(phase⁃locked loop,PLL)影响时单相并网逆变器产生单频率扰动电压输入,双频率扰动电流输出的原因,并进一步解释了弱电网下产生频率耦合现象的机理,建立了自导纳和互导纳模型,进而推导出逆变器等效输出导纳,最后通过MATLAB/Simulink搭建模型进行仿真,验证了自导纳和互导纳模型的正确性,且最终给出的逆变器等效输出阻抗可根据奈奎斯特稳定判据准确判断系统稳定程度。

一种快速正交分量构造的单相并网逆变器控制

针对单相LCL型并网逆变器控制系统存在网侧电流跟踪性能差的问题,这里提出基于解耦双同步参考坐标系(DDSRF)的单相网侧电流正交分量构造方法,得到直流形式的网侧正负序电流d,q轴分量,并在正负序d,q坐标系下用比例积分(PI)控制器构建电流控制环路,以实现网侧电流无差跟踪。首先介绍所提DDSRF快速构造网侧电流正交分量的工作原理。其次,分析各电流控制环路PI控制器参数的设计方法。最后,在5 kW单相LCL型并网逆变器硬件平台进行实验验证,实验结果证明了所提控制系统的正确性。

一种适用于小功率可再生能源的单相高频双Buck全桥并网逆变器

提出一种适合小功率可再生能源并网发电应用的单相高频双Buck全桥并网逆变器。基于全碳化硅(Si C)功率器件,逆变器工作频率可达100k Hz,有效减小了电感体积,同时使并网电流纹波降低。进一步分析逆变器的控制策略:采用电压电流双环控制,在电流环利用一种三极点三零点(3P3Z)控制器使得受控并网电流快速跟踪电压环产生的电流给定,并采用一种简单线性化算法快速产生控制占空比信号,实现高频变换;电压环采用双极点双零点(2P2Z)控制器,在产生电流内环给定幅值的同时,控制输入侧直流母线电压稳定在电压给定值,使得逆变器能够向电网传输能量的同时维持母线电压恒定;逆变器采用一种二阶广义积分软件锁相环(SOGISPLL)产生与电网电压相位相同的相位信号。最后,通过实验样机对逆变器理论分析的有效性进行了验证。

基于改进型QPR的并网逆变器复合控制策略

针对准比例谐振(QPR)控制对高次谐波和直流抑制能力差等问题,提出了一种改进型QPR控制与直流前馈补偿的复合控制策略。该策略在QPR控制的基础上加入了高次谐波补偿,并在控制基波电流的电流外环上加入含积分控制器的直流分量补偿环节。在对并网电流所含3、5、7次谐波进行抑制的同时,降低了并网电流中所含直流分量。仿真结果表明,与QPR控制相比,所提控制策略直流含量从0.05降为0.01,总谐波畸变率下降了1.48%,具有较好的抑制效果。

单相单级式耦合电感型分裂源升压逆变器

面对全球资源日渐紧缺、环境问题日益严重、传统化石能源开发利用越发困难等新挑战,世界各国都在大力探索、发展新能源发电技术,以新能源为主体的新型电力系统是未来电力系统的发展方向。该文提出一种单相单级式耦合电感型分裂源升压逆变器及其调制策略,所提出的变换器具有如下特点:1)采用Δ型耦合电感,极大地提升变换器的输出电压增益,并具有高输出电压增益调节自由度。2)采用双Buck结构,有效抑制逆变桥臂直通电流,降低死区时间配置要求,提高变换器可靠性。3)高输出电压增益条件下具有高调制系数,从而有效提升输出电压波形质量。该文对该变换器的拓扑结构、工作原理、调制策略和输出特性等进行详细分析,通过仿真与实验验证变换器的可行性与有效性。

弱电网下光伏并网逆变器谐振抑制方法综述

“双碳”目标背景下电力系统形成“高比例可再生能源”和“高比例电力电子设备”的“双高”趋势,以致电网呈现弱电网特性。弱电网下电网阻抗实时变化,导致光伏并网逆变器谐振频率偏移、逆变器集群多谐振峰等稳定性问题。针对光伏并网逆变器在弱电网下最新的谐振抑制方法尚未得到系统地归纳总结,从弱电网下逆变器单元谐振抑制方法和逆变器集群谐振抑制方法两方面综述“双高”电力系统下光伏并网逆变器谐振抑制热点控制方法,为光伏并网逆变器的稳定性提升指明发展方向。

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。

不平衡负载下并网逆变器功率解耦控制方法

为了解决并网逆变器在不平衡负载下有功功率和无功功率为耦合影响状态、关联复杂,导致控制精度不佳、响应慢等问题,提出不平衡负载下并网逆变器功率解耦控制方法。根据并网逆变器拓扑结构获取并网逆变器功率,对并网逆变器有功功率与无功功率实行解耦,并通过带比例系数的双闭环功率控制器,完成并网逆变器功率解耦控制。在此基础上,通过遗传算法进行控制参数优化,获取比例系数的最优解,进一步提高并网逆变器功率解耦控制能力。实验结果表明:解耦后的控制方法在并网逆变器响应功率与给定功率上基本一致,解耦后的功率波动范围降低了8 kW,功率控制电流和功率波动最小,具有良好的控制效果。

并联三电平光伏并网逆变器中点电压控制策略

针对光伏并网三电平逆变器并联系统的中点电位控制问题,传统的双调制波法无法保证开关周期内平均中点电流始终为零,从而无法有效消除中点电压的低频波动。为此,提出了一种基于改进双调制波法的中点电压控制策略。该策略通过对传统双调制法重构的调制波进行修正,在不影响并联系统输出电压的前提下保证平均中点电流始终为零,不仅可以实现中点电压的平衡控制而且具有良好的动态性能。实验结果验证了所提策略的可行性和有效性。

无漏电流高效可靠三电平双Buck并网逆变器

漏电流降低了非隔离型并网逆变装置的安全性和可靠性。已有研究通过将双极性调制全桥逆变器或半桥逆变器三电平化解决该问题。提出基于三电平双Buck逆变器的新思路,并重点研究其中的三电平双Buck全桥电路。该拓扑是将双Buck半桥逆变器中的输入均压电容用一个工频开关的桥臂取代得到,使得对地寄生电容电压在半周期内保持不变,有效地抑制漏电流至几乎可以忽略的程度。同时,该拓扑保持了双Buck电路无桥臂直通、体二极管不工作等特点,又降低了器件电压应力,使得桥臂输出变为单极性调制波。通过与各种无漏电流结构的综合比较可知,该拓扑除在器件总量上比H5结构多一个功率管外,在有源器件数量、通态电流经过器件数量、高频开关器件数量、是否需要均压控制等方面,均有一定优势,有助于降低系统复杂度,提高可靠性与变换效率。仿真与实验验证了上述分析。

基于双阶广义积分的单相光伏并网逆变器灵活功率控制

针对单相光伏并网逆变器的特点,提出一种在静止坐标系下单相光伏并网逆变器的灵活功率控制方法。通过双阶广义积分算法得到与电网电压同相以及滞后电网电压90°的2个正交电网电压。在静止两相坐标系下通过比例准谐振控制实现对给定电流的快速跟踪。实验结果表明:该控制方法可实现有功功率和无功功率的解耦控制,系统具有良好的静态、动态性能。

新型双Buck并网逆变器及其双二阶滑模控制

为了解决双Buck逆变器直流输入利用率低、磁件体积重量大的缺陷,提出一种新型双Buck全桥并网逆变器拓扑,所用器件较少,结构简单;且为使该新型拓扑输出高质量的并网电压和电流,采取以电容电压和电感电流双二阶的滑模控制策略。分析新型拓扑的工作模式和等效电路,给出双二阶滑模控制器的设计过程。仿真与实验结果表明,采用双二阶滑模控制策略下的新型双Buck全桥并网逆变器能够具有很好的动态和稳态性能,且输出的并网电压谐波畸变率小,对直流输入和电网电压扰动的抑制能力强,适应于新能源发电的并网。

单相双级式光伏并网逆变器

分析了单相双级式光伏并网系统的工作原理,使用直流电源加可变电阻来模拟太阳能电池的输出特性曲线,并对其可行性进行了理论分析。提出了一种改进的变步长占空比扰动法,提高了系统的快速性和高效性。详细分析了以DSP为核心的单相光伏并网逆变器的并网策略,设计了并网逆变器的电压、电流双闭环控制系统。其中外环为直流电压控制,控制并网逆变器直流输入端电压稳定;内环为并网电流控制,控制并网逆变器的输出电流与电网电压同频、同相。在锁相跟踪控制中,提出了一种软硬件相结合的改进方法,可有效提高跟踪锁相的精度。实验结果表明所设计的并网逆变器能够实现最大功率点跟踪,并能实现输出电流精确跟踪电网电压,功率因数可达0.998。

三相LCL型并网逆变器双电流环控制器设计

并网逆变器在当前电网中具有举足轻重的地位。本文针对三相LCL型并网逆变器进行了研究,建立了其数学模型,给出了其双电流环控制器的设计方法,并针对于常规双电流环控制稳定裕量低的弊端,提出了一种改进型双电流环控制策略。最后,进行了仿真验证,分析表明,在较为理想的模型下,两种双电流环控制策略均具备较为优秀的控制效果,但在非理想模型下,所提改进型控制策略具备更大的稳定裕量,更适合在实际数字控制系统中应用。

基于双调制波的单相三电平并网逆变器及电流优化控制

三电平并网逆变器的调制策略复杂,难以直接用DSP芯片实现。本文提出只需DSP一个事件管理器的双调制波三电平SPWM方法,进而推导了基于该方法的并网逆变器暂态数学模型。以此为基础,针对传统并网电流无差拍控制策略对滤波电感变化敏感的问题,提出基于电流瞬时采样的在线电感辨识方法,对无差拍电流控制策略进行优化,从而有效提高了并网电流控制性能。相应的实验结果证明了所提出方法的正确性和可行性。

计及时滞的单相反激微型逆变器并网控制策略

在单相反激光伏微型逆变器中,传统断续电流控制策略存在并网电流与电网电压相位延迟大、谐波高等缺点。针对上述问题,提出一种计及时滞的单相反激光伏并网控制策略。首先,建立微型逆变器小信号模型,提取并网电流模型中的稳态分量与瞬态分量,其中稳态分量用于计算主开关管的稳态占空比,同时采用准比例谐振控制器对系统瞬态分量进行闭环控制,获取主开关管的瞬态占空比,两态占空比叠加得到主开关管的导通占空比;然后,针对微处理器数据采集、数值运算过程中引起的控制信号时间滞后问题,设计权重传递函数对其进行补偿,使并网电流与电网电压之间相位差达最小,保证微型逆变器的稳定性;最后,搭建150W实验样机验证控制策略的可行性。

电流双环控制的LCL单相并网逆变器逆变研究

详细分析了LCL型单相并网逆变器的结构,针对LCL型单相并网逆变器易发生谐振的问题,研究采用以电容电流为内环、并网电流为外环的双电流环控制策略。设计LCL滤波器和电流双环控制参数并利用SISOTOOL工具整定。通过SIMULINK搭建仿真模型,分析结果表明LCL型单相并网逆变器系统在采用该电流双环控制策略可有效抑制系统振荡,降低并网电流谐波含量和提高系统稳定性。

三相非隔离三电平双Buck光伏并网逆变器漏电流抑制研究

针对传统三相中点钳位三电平光伏并网逆变器存在桥臂直通影响系统可靠性的问题,提出一种新型三相三电平双Buck光伏并网逆变器拓扑。该拓扑不存在传统中点钳位三电平逆变器桥臂直通问题,运行过程中开关无需加入死区时间,提高了系统可靠性。在新型逆变器拓扑基础上,分析了系统工作原理及其共模特性,并提出一种新型载波调制策略,有效地消除了系统漏电流。最后对提出的拓扑及调制策略进行了仿真研究,结果验证了提出方案的可行性和有效性。