单级单相升压型光伏并网逆变系统

在分析传统单级单相升压型逆变器固有缺陷的基础上,提出一种单级单相升压型光伏并网逆变系统,并对构成这种系统的附加储能电感旁路开关的电路拓扑、限制储能电感电流的两种开关方式、非线性脉宽调制(pulse width modulation,PWM)单周期控制策略、储能电感电流限定值、一个低频输出周期内的开关状态等效电路和工作模式、主要电路参数设计、系统建模分析等技术进行深入的理论分析,获得了研究结论。附加的旁路开关及其两种开关方式解决了储能电感能量过剩的问题,有效降低了储能电感及其电流;非线性PWM单周期控制策略,是通过采样并反馈逆变桥输出电流实时地调节逆变器的馈能占空比,使逆变桥输出电流在每个开关周期的平均值跟踪基准正弦信号以获得高质量的并网电流波形。设计并研制的1k VA 110V/DC-220V/50Hz样机实验结果证实了所提出拓扑和控制策略的可行性,为单级升压中小容量并网逆变场合提供了一种有效方法。

单级式单相太阳能光伏并网逆变系统的设计

对于太阳能光伏并网逆变系统,转换效率是至关重要的。目前系统采用得比较多的是多级式变换的拓扑结构,虽然这种结构控制相对简单,但转换效率由于变换级数的增加而难以提高。而单级式拓扑结构具有电路简单、可靠性高和高效低功耗等诸多优点,随着现代电力电子技术以及数字信号处理技术的飞速发展,系统拓扑结构引起的控制困难正在逐渐被克服,单级式拓扑结构越来越多的成为太阳能光伏并网逆变系统设计的首选。该文设计一3KW的单级式单相太阳能光伏并网逆变系统,在Mat-labR2006a/Simulink仿真环境下进行仿真实验,验证了系统设计的正确性。

一种并网逆变系统中辅助电源设计方法

为给并网逆变系统配置辅助电源,设计了一种采用TOP264EG控制芯片的多路输出AC-DC变换器。本文从逆变系统辅助电源需求分析、总体原理、重要设计细节等这几个方面进行分析。该变换器具有效率高、体积小、造价低等优点,完全符合并网逆变系统辅助电源要求。

小功率光伏并网逆变系统的研制

本文介绍小功率光伏并网逆变系统,该系统应用SPWM技术将光伏电池电压逆变成标准的正弦单相220V、50Hz交流电压。改进的固定频率电流跟踪控制方法使电流跟踪误差明显减小,并且系统实现了最大功率点的跟踪。本文阐述了该变换器的硬件设计及软件流程,实验证明本装置运行稳定、性能优良。

考虑长距离输电缆特性的逆变器并网系统谐波不稳定分析及抑制

长距离输电缆(LTC)与并网逆变器交互作用易引发系统谐波不稳定的风险,且忽略线路频变特性可能会导致稳定性误判。文中计及输电线路的分布参数特性和频变特性,研究如何评估这类逆变器并网系统的稳定性。首先,基于矢量匹配法对含LTC的交流系统进行等值,同时考虑逆变器的内外环控制、锁相环、控制延时等环节,建立dq旋转坐标系下逆变器并网系统高频状态空间模型;其次,采用参与因子分析方法辨识出导致谐波不稳定的关键影响环节,并基于根轨迹方法分析了LTC频变特性、延迟时间、控制器参数、电缆长度和电网阻抗对系统稳定性的影响;再次,提出了基于参数灵敏度分析和矩阵相似变换的系统稳定性改善方法,并对改进后系统的谐波稳定性进行分析;最后,基于RT-LAB构建硬件在环实验平台进行了验证,实验结果验证了理论分析的正确性。

基于灵敏度理论的逆变器并网系统谐振特性分析

针对逆变器并网系统的串、并联谐振分析,采用灵敏度分析理论,得到特定次谐波谐振的元件参与度、谐振回路构成情况等信息。在模态分析的基础上,通过求解网络矩阵特征值对系统元件的偏导值,分别给出了系统各元件在谐振频率下的串、并谐振归一化灵敏度求解公式,得到系统元件对特定次频率谐振的参与度。建立了四节点并网测试系统,对各元件进行灵敏度分析,得了到各元件谐振参与度。同时灵敏度分析结果说明,串联谐振与并联谐振在同一谐振频率下参与元件不完全相同。仿真和实验结果证明了灵敏度分析的有效性。

多逆变器并网系统监测及孤岛保护方法

针对多逆变器并网系统在监测时出现的信道冲突和传统孤岛检测法产生稀释效应、并网谐波率高的问题,该文利用电力载波技术,设计一种适用于多逆变器并网系统的监测及混合式孤岛检测法。该方法设计逆变器节点、集中器的硬件结构和通信协议,并综合远程法和自适应Sandia频率偏移(SFS)法的优点提出混合式孤岛检测。实验和仿真证明:该方法能解决多逆变器并网系统使用电力载波通信时信道冲突和数据包丢失的问题,而且能消除稀释效应的影响,缩短孤岛检测时间、降低并网谐波率。

弱电网下基于高带宽并网逆变器的并网系统鲁棒性提升技术研究

数字控制LCL型并网逆变器的固有控制延时会影响原有谐振阻尼方案的控制特性,从而降低并网逆变器在弱电网下的鲁棒性。该文首先基于不同参数建立多逆变器并联系统在弱电网下的多输入多输出矩阵,并推出确保系统进网电流稳定性以及各模块交互电流稳定性的3条判据。进一步地,基于频域阻抗法分析数字控制延时在模块采用不同开关频率的情况下对系统鲁棒性的影响,进而发现在系统中引入高带宽逆变器对于抑制低频谐振的有效性。分析高带宽逆变器模块与低频模块之间的交互稳定性,据此选取高带宽并网逆变器的开关频率。最后,搭建一台基于新型宽禁带器件GaN的高带宽并网逆变器原理样机,并将其并入低频模块并网系统中去,通过实验验证所提高带宽并网逆变器有助于提高弱电网下系统的鲁棒性,为提高分布式发电系统的稳定性提供一种新思路。

高带宽数字控制LCL型并网逆变器及其提高并网系统鲁棒性的谐振抑制技术研究

数字控制LCL型并网逆变器的固有控制延时会影响原有谐振阻尼方案的控制特性,从而降低并网逆变器在弱电网下的鲁棒性。该文首先基于不同参数建立多机并联系统在弱电网下的多输入多输出矩阵,并推出了确保系统进网电流稳定性以及各模块交互电流稳定性的三条判据。进一步地,基于频域阻抗法分析数字控制延时在模块采用不同开关频率的情况下对系统鲁棒性的影响,进而发现在系统中引入高带宽逆变器对于抑制低频谐振的有效性。然后,分析了高频模块与低频模块之间的交互稳定性,据此选取高带宽并网逆变器的开关频率。最后,在实验室搭建了一台基于新型宽禁带器件GaN的高带宽并网逆变器原理样机,并将其并入低频模块并网系统中,通过实验验证了所提出的高带宽并网逆变器有助于提高弱电网下系统的鲁棒性,从而为提高分布式发电系统的稳定性提供了新思路。

变工作点下的逆变器并网系统建模与稳定性分析

并网逆变器作为电能变换接口装置广泛应用于新能源并网系统中。在光伏和风电新能源并网系统中,其出力受到风速与光照强度等因素的影响,进而并网逆变器的工作点也会发生变化,而其系统在不同的工作点下会呈现出不同的稳定特征。针对该问题,以逆变器并网系统为研究对象,首先分析了其系统中工作点变量之间的关系,建立了考虑工作点变量的并网逆变器阻抗模型。在含工作点变量的逆变器阻抗模型的基础上,提出了一种新的稳定性分析方法,该方法可以得到逆变器并网系统在不同工作点下的稳定裕度,分析出系统的稳定性。仿真和实验结果验证了文中所建模型与分析方法的准确性和有效性。

基于控保协同的逆变器并网系统故障线路阻抗计算方法

传统单端量故障线路阻抗计算方法易受过渡电阻和系统参数影响,性能仍存在提升空间。为了提高故障线路阻抗的计算准确性,提出了一种基于控保协同的逆变器并网系统故障线路阻抗计算方法。其利用换流器系统的高可控性,在故障穿越阶段构造2种运行状态,为系统发生不对称故障时故障线路阻抗的准确计算创造了条件。当线路末端含有纯容性串补装置时,所提方法能够准确计算故障线路阻抗,且能根据串补带来的电抗偏差区分对端区内外故障,以保护线路全长。PSCAD仿真结果证明了该方法不受过渡电阻阻值及性质、系统参数影响。该方法在单回线系统和双回线系统中均可应用,其结果可以应用于距离保护和故障测距。

基于电流解析逆控制的光伏并网发电系统研究

首先采用解析逆系统理论对模型电流动态环节的可逆性进行了分析,推导出解析逆系统,消除了电流分量之间的耦合,从而实现电流环的高动、静态性能控制。然后设计了直流母线电压调节器,提出了基于电流解析逆控制的光伏并网逆变发电系统结构。最后,采用Matlab/Aimulink对整个系统进行仿真研究,验证了所提系统结构的有效性。

基于同步PI控制的光伏并网发电系统研究

详细介绍了100kVA单级式三相光伏并网发电系统的主电路结构及其工作原理。为实现系统可靠高效运行,在三相逆变器数学模型基础上,采用同步PI电流控制技术完成并网逆变器无静差调节和最大功率跟踪(MPPT)。针对分布式发电系统中特有的孤岛效应,采用了检测盲区小且无谐波引入的主动有功干扰法对孤岛进行检测。试验结果表明了上述方法在光伏并网发电系统中应用的可行性和可靠性。

光照强度对光伏并网系统的最大功率点影响研究

全球经济的飞速发展,致使传统非可再生能源不停地耗损,其储量也不断缩减,所以开始寻求清洁能源替代传统石化能源,以应对能源危机,太阳能由此得到利用与发展。分布式发电就是清洁能源光伏发电的一个重要优点,并且能够并入大电网。光伏并网逆变系统目前广泛应用,为确保光伏并网逆变系统能够稳定输出,并入电网,需要研究影响光伏逆变系统输出的因素。光照强度以及光伏并网逆变系统自身构件等因素都会影响系统的输出。光照强度能够反映光的能量,光伏并网逆变系统就是将这部分能量转化成电能,所以光伏发电的发电能力与光照强度是成正比的。鉴于此,对光照强度对光伏并网逆变系统的最大功率输出以及输出电压的影响进行分析,对于光伏并网逆变系统具有一定的研究意义。

BP优化PI与无源控制的并网逆变器复合控制

为提高并网电流质量,采用反向传播(back propogation,BP)神经网络优化的比例积分(proportional integral,PI)+无源控制(passivity-based control,PBC)复合控制策略。内环PBC主要实现电流跟踪期望值,引入BP优化的PI控制器可解决PBC不能精确趋于稳定点的问题,从而加快电流内环响应,降低并网电流谐波。Matlab/Simulink仿真表明:与传统PI双闭环控制比较,该控制策略下的电流谐波含量更低,具有良好的静态性能与动态性能。

两级式单相光伏并网系统及其仿真研究

以两级式并网逆变系统为控制对象,分析了整体系统的组成,研究了该光伏并网逆变系统的整体控制策略。前级最大功率跟踪(MPPT)通过调节占空比扰动控制算法进行控制;后级采用双环控制和电压前馈瞬时控制方式。应用Simulink平台搭建仿真模型进行实验验证,结果表明,所选控制方式使系统具有较好的稳定性和快速性,实现了逆变输出电流含有较小的总谐波畸变率、并与电网电压同频同相。

基于CPU-FPGA异构平台的虚拟同步并网逆变器实时仿真算法设计

随着电力系统中电力电子器件的广泛应用,对于小步长(≤2μs)电磁暂态实时仿真的需求逐渐增加。此时,单独依靠CPU已难以满足其要求,转而结合现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)来实现是一大趋势。搭建了适用于虚拟同步并网逆变器系统实时仿真的CPU-FPGA异构计算平台。其中,FPGA电路部分采用优化EMTP(Electro-Magnetic Transient Program)流程实现,综合利用恒导纳开关建模、支路拆分并行处理及矩阵化流程计算来优化仿真实时性能。CPU控制部分采用虚拟同步控制,并设计了与FPGA异步通信的数据交互接口。最后,针对该并网逆变器系统进行小步长实时仿真,与Simulink离线仿真结果相对比,同时分析平台实时性能与FPGA上资源消耗,验证了基于所提平台实现虚拟同步并网逆变器系统实时仿真的准确性与有效性。

一种新的大型光伏并网系统稳定性分析方法

为了解决大型光伏并网系统稳定性分析方法复杂的问题,采用等效简化的方法引入一种基于单台逆变器的辅助系统,得到该辅助系统与大型光伏并网系统稳定性的关系,进而提出一种将大型光伏并网系统稳定性分析转化为单逆变器并网系统稳定性分析的方法。研究结果表明:对于由n台规格型号相同的逆变器并联后,通过电网阻抗Zg接入理想电网的大型光伏并网系统,其稳定的判定条件为同时满足逆变器自身闭环稳定和辅助系统稳定。对于所有逆变器规格型号统一的多逆变器并联并网系统,无论所有逆变器电流环输入参考电流是否完全相同,该方法均适用。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。

基于滤波函数的风电并网逆变器改进线性自抗扰控制

针对风电系统中并网逆变器直流母线电压量测环节易受噪声污染等问题,文中将线性自抗扰控制与滤波器相结合,构造一种基于滤波函数的改进型线性自抗扰控制技术,构造了风电并网逆变器数学模型,并对传统线性自抗扰控制进行分析,为了提高线性自抗扰控制对高频噪声的抑制力,文中将滤波后的电压扩张成一个新的状态变量,利用线性扩张状态观测器估计滤波之后的电压值,并将其作为反馈。在考虑系统输出含有噪声的前提下,对改进型线性自抗扰控制进行频域特性分析,结果表明改进的控制策略具有更好的抑制噪声能力,通过风电系统并网逆变器仿真平台的搭建,验证了控制策略的可行性和有效性。

Norton equivalent circuit for current control loop of grid-connected system

Modeling method for the current control loop of a grid-connected PWM inverter with the LCL output filter was discussed.Firstly,the current control loop with the LCL inverter-side current as feedback was established.Then,parameters of PI controller were calculated on the basis of an equivalent controlled object.Finally,Norton equivalent circuit for the current control loop of grid-connected system was derived by integrating one control equation,which connected the PWM inverter output voltage and the LCL inverter-side current,with two circuit equations,separately using the LCL inverter-side current and the injected current as loop currents.With the induced Norton equivalent circuit,system-level resonant and unstable issues on real grid-connected system applied in weak distributed power systems can be easily analyzed.The validity of substituting Norton equivalent circuit for grid-connected system is verified by simulation and experiment.