The Resonance Suppression for Parallel Photovoltaic Grid-connected Inverters in Weak Grid

Obvious resonance peak will be generated when parallel photovoltaic grid-connected inverters are connected to the weak grid with high grid impedance, which seriously affects the stability of grid-connected operation of the photovoltaic system. To overcome the problems mentioned above, the mathematical model of the parallel photovoltaic inverters is established. Several factors including the impact of the reference current of the grid-connected inverter, the grid voltage interference and the current disturbance between the photovoltaic inverters in parallel with the grid-connected inverters are analyzed. The grid impedance and the LCL filter of the photovoltaic inverter system are found to be the key elements which lead to existence of resonance peak. This paper presents the branch voltage and current double feedback suppression method under the premise of not changing the topological structure of the photovoltaic inverter, which effectively handles the resonance peak, weakens the harmonic content of the grid current of the photovoltaic grid-connected inverter and the voltage at the point of common coupling, and improves the stability of the parallel operation of the photovoltaic grid-connected inverters in weak grid. At last, the simulation model is established to verify the reliability of this suppression method.

中点钳位型三电平逆变器并联系统的零序环流抑制策略

针对中点钳位型(NPC)三电平逆变器并联系统内普遍存在的零序环流问题,该文首先分析模块间环流的通路,建立零序环流的电路和数学模型。根据等效模型阐述零序环流各成分的产生机制,并对零序环流进行定量分析。定义零序环流的三类具体成分:通态零序环流、开关零序环流及混合零序环流。对于不同类别的零序环流,提出共享直流侧中线和改进型LCL滤波器的硬件措施及准比例积分谐振(PIR)控制器的软件措施去抑制对应环流成分的高频、低频分量;另外,针对改进型LCL滤波器中交流滤波电容中点和直流侧电容中点连接电缆上有较大高频电流的缺陷,提出载波移相控制下模块共用滤波电容的优化方案,在保证环流抑制效果的同时将奇数次开关频率的高频纹波转移到共用电容上,实现奇数纹波分量的自动抵消,使连接电缆上的电流减小近50%;最后,仿真与实验结果验证了所提环流抑制策略的可行性。

结构简单的并联谐振直流环节型逆变器及其调制策略研究

针对一种新型并联谐振直流环节逆变器的辅助换流电路存在的电流应力高、导通损耗大、元器件数目多等问题,该文提出一种优化改进调制策略,其由3部分组成:基于1型不连续的脉冲宽度调制策略,且以斜率正负交替的锯齿波作为载波,在此二者基础上施用分流死区。在所提调制策略下可以对原拓扑的辅助换流电路进行化简,减少一组谐振电路,以降低硬件成本。与原调制策略相比,所提调制策略在不改变辅助换流电路动作频率的前提下,不仅可以实现所有开关器件的软开关动作,而且可以避免辅助换流电路工作过程中产生的谐振电流与负载电流的叠加,从而有效降低辅助换流电路的导通损耗及其内部开关器件的电流应力。文中对所提调制策略的原理进行详细叙述,由此推导简化拓扑的工作模式,并分析其电压/电流应力、元器件数目、参数设计等特性,最后通过一台通用实验样机(SiC MOSFET,5kW/40kHz),对比于原拓扑及原调制策略,以验证所提理论的有效性。

阻性逆变器并联环流分析及鲁棒下垂多环控制

对于独立微电网中的并联逆变器,其等效输出阻抗和线路阻抗差异对功率分配和环流抑制存在较大影响。从逆变器并联的功率传输特性出发,分析现有下垂控制对阻性逆变器并联功率分配的影响,并在分析阻性逆变器环流特性的基础上,提出一种鲁棒下垂多环控制方法,其由功率外环和电压电流内环构成。功率外环采用鲁棒下垂控制器,减小阻抗差异对功率精确分配的影响;通过引入含阻性分量和感性分量的虚拟复阻抗,将逆变器的等效输出阻抗设计呈阻性;采用准谐振PR控制实现在较宽频带内逆变器输出电压的零稳态误差控制,进而减少逆变器间输出电压偏差并抑制环流。采用输出电压前馈和电容电流比例控制提高系统暂态响应和电流抗扰动能力。深入对比分析控制方式和控制参数对等效输出阻抗的影响,并择优选取控制参数。仿真和实验结果验证了所提提方法的正确性和有效性。

电机驱动用新型谐振直流环节电压源逆变器

为了实现电机控制系统的高功率密度和高性能运行,必须提高逆变器的工作频率以提高功率变换器的效率和增强性能。然而,较高的工作频率会引起严重的电磁干扰和开关损耗从而导致系统整体效率降低。软开关技术被认为是解决上述问题的有效方法,结合软开关技术的优点和脉宽调制(pulse width modulation,PWM)控制的特点,提出了一种新的用于电机驱动系统的谐振直流环节软开关电压源逆变器,通过在传统硬开关逆变器的直流环节添加辅助谐振单元,实现了逆变桥开关器件的PWM软开关动作,同时,辅助谐振单元的开关也为软开关操作。文中阐述了该软开关逆变器拓扑的动作时序和动作模式,并对软开关动作时序的瞬态过渡过程进行了数学分析。对提出的新型软开关逆变器驱动无刷直流电机进行了仿真和实验研究,结果验证了电路结构和理论分析的正确性与可行性。

组串式LC型光伏逆变器并网谐波环流及其抑制策略分析

组串式LC滤波型三电平并网逆变器并联入网结构广泛用于光伏发电系统中,其非隔离特性可导致逆变器之间差模谐波环流问题。为分析谐波环流的影响因素和具体形态,首先在理想情况下建立了差模谐波环流模型,得出谐波环流与功率器件开关暂态的关系,以及环流谐波峰峰值与各逆变器不同步的载波交错角度和电网矢量角度的关系,并考虑非理想情况下寄生参数对谐波环流的影响。在此基础上,分别分析3种典型的环流抑制方案对模型中输出环流的影响,得出各方法的优缺点和适用范围。

单相并网逆变器多频阻抗模型及其在谐振环流分析中的应用

逆变器并联并网系统中存在带宽频率以外的谐振环流,不利于逆变器的安全运行。为分析并联系统中谐振环流特性,首先充分计及数字控制及脉宽调制非线性环节的影响,基于一维频谱分析法研究了调制波存在扰动时的逆变器输出电压谐波成分,提出了适用于单相逆变器并联并网系统的多频阻抗模型。基于该模型,采用广义奈奎斯特稳定判据明晰了控制载波相位对并联系统稳定性的影响,鉴别了逆变器间谐振环流所处的频率范围,指出逆变器输出阻抗模值的提升有助于谐振环流的抑制。实验结果表明,所提出的多频阻抗模型的正确性及其在并联并网逆变器谐振环流分析时的有效性。

一种可抑制环流的微电网逆变器并联控制策略

以孤岛微电网中的多逆变器并联装置为研究对象,在分析系统环流产生机理的基础上,通过在电压电流环采用准比例谐振(PR)控制,并引入虚拟电阻,实现逆变器输出电压的无静差控制,并使得逆变器的总输出阻抗尽可能地由虚拟电阻决定;提出用恒定参考电压替代传统下垂控制的方法,并分析恒定参考电压配合虚拟电阻方法与传统下垂控制在原理上的一致性。所提方法能有效抑制系统环流,仿真和试验可验证其有效性。

组串式三电平光伏逆变器并联系统共模谐振特性研究

组串式逆变器并联入网结构广泛用于光伏发电系统中,其非隔离结构可导致共模谐振问题。针对该问题,首先建立单台逆变器共模阻抗模型,并从耦合点拓展出并联逆变器的阻抗模型。为研究共模谐振特性,分别分析各共模回路导纳特性、并联连接对共模导纳的影响,并基于控制同步性将1台逆变器与2台并联逆变器输出共模电流特性对比,得出三电平组串逆变器共模电流的特性及其与谐振的关系,并实验验证理论分析的正确性。

基于有效零矢量脉宽调制和PR控制的并联零序环流抑制

共直流母线的逆变器的并联会产生零序环流,导致逆变器三相电流不平衡、输出电流失真、系统损耗增加等问题。针对逆变器的并联零序环流问题,文中基于逆变器并联的零序环流等效模型,分析了逆变器的并联零序环流产生机理、组成成分。在上述基础上,研究了一种基于有效零矢量脉宽调制和比例—谐振(PR)控制的逆变器并联零序环流控制策略,该策略通过利用非零矢量来替换零矢量,以减少高频零序环流,通过采用PR控制的零序电流闭环控制以抑制低频零序环流。该策略具有直流电压利用率高、零序环流小的优点。实验结果验证了所述方法的有效性。

基于准谐振控制器的零序环流抑制

针对三相逆变器直接并联运行时存在零序环流的问题,提出一种基于准谐振控制器的零序环流闭环控制方法。通过分别建立并分析逆变器独立工作和两台并联工作时零序环流闭环控制模型可知,PWM零序调制电压为主要扰动。理想的谐振控制器在谐振频率处增益无穷大,可以消除与谐振频率相同频率的扰动分量对闭环系统的影响。针对扰动为频谱离散的周期性信号的特性,控制器采用多谐振控制器并联的控制结构。在推导零序环流闭环控制等效模型和扰动传递函数的基础上,提出准谐振控制器设计方法。仿真和实验结果表明,该方法能够有效抑制零序环流。

基于多载波实现光伏并网逆变器漏电流抑制研究

无隔离光伏并网逆变器具有成本低和体积小等优点而备受关注。但光伏电池板和大地之间的寄生电容和电感会产生漏电流问题,漏电流会影响逆变器寿命,严重时甚至危害人身安全。本文通过建模分析光伏并网逆变器漏电流和共模电压有关,而共模电压和逆变器的矢量成一定关系,从而可以发现漏电流主要是零矢量产生的。故本文提出一种多载波调制摒弃零矢量的方法,从而实现光伏并网逆变器漏电流抑制,该方法在不增加硬件和成本的情况下实现漏电流的抑制。在光伏并网逆变系统中,设计合适的电流控制器对系统稳定性和电能质量至关重要。本文采用准PR(proportional resonant,PR)控制器实现快速精准控制,省去了复杂的坐标变化。通过仿真验证了所提算法的正确性。

一种改进型CLC电流型谐振逆变器

针对电流型谐振逆变器中串联二极管反向过电压和负载槽路参数如何合理匹配的问题,提出了一种改进型CLC电流型谐振逆变器拓扑、通过串联缓冲电感、并联栅漏极电容,功率器件实现零电流开通、零电压关断,抑制了二极管产生浪涌电流;通过开关频率的改变以及三阶CLC负载中电容比例的定量分析,权衡输出电流与负载线圈支路电流大小,确定小容性的工作范围和输出有功功率最大值。试验结果证明所建拓扑的正确性、定量分析的有效性。

谐振参数匹配的直流环节软开关逆变器

提出了一种新型的具有串并联共同谐振的谐振直流环节软开关逆变器结构。该结构中所有开关器件均工作在零电压开关或零电流开关条件下。该电路开关器件较少,控制简单,损耗较小。直流母线零电压的持续时间可以自由选择和控制。不使用桥臂短路的控制方法,安全可靠。由于谐振参数不同的匹配,使得该辅助电路的工作模式灵活,控制方式可以根据工作模式选择需要的。分析了其工作原理,给出了不同工作模式的等效电路,并进行了实验,结果验证了该逆变器的有效性。

谐振直流环节逆变器缓冲回路无功能量传输损耗优化的改进调制策略

针对谐振直流环节逆变器缓冲回路在换流时无功能量传输损耗大这一问题,文中在一种并联谐振直流环节逆变器的基础上提出一种改进调制策略。与原调制策略相比,该调制策略不仅可以实现逆变桥、谐振单元开关管的软开关,而且可将缓冲回路的动作频率降低了1/3,降低了缓冲回路的导通损耗以及辅助开关管的开关损耗。同时可避免换流时缓冲回路的谐振电流与换流时刻的负载电流相叠加,从而可有效降低缓冲回路在换流时的无功能量传输损耗及辅助开关管的电流应力。在改进调制策略下,根据不同工作模式下的等效电路图,分析该逆变器的工作原理、软开关实现条件及最佳参数设计方法。最后使用绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)作为开关器件制作一台10kW、10k Hz样机,通过实验验证该调制策略的有效性。

无需设定电感电流阈值的并联谐振直流环节逆变器

为提高逆变器的效率,提出了一种新型并联谐振直流软开关逆变器的拓扑结构,在辅助谐振电路中设置了1对反并联的晶闸管来控制谐振电流,使逆变器的直流环节电压周期性下降到零,逆变器的主开关可以在零电压条件下完成切换,同时辅助开关器件在逆变器换流过程中也实现了零电压开关或零电流开关。该逆变器在换流过程中不需要设定和负载有关的电感电流阈值,有利于降低辅助电路损耗和简化控制。对电路在1个开关周期内的各个工作模式进行了理论分析,给出了设计规则,并建立起辅助谐振电路损耗和分压电容的电压偏差量的数学模型。制作了一台5k W的实验样机,实验结果表明逆变器的工作过程符合原理分析,所以该软开关逆变器可以有效地提高效率。

独立光伏照明系统中的逆变器续流与抑制

分析了独立光伏照明系统中感性和容性负载的串并联谐振逆变电路时开关管死区内的续流特性.用高次谐波的感性电流抵消基波容性电流,可减小串并联谐振开关管死区内的续流,抑制系统的谐波成分和电磁干扰,提高功率因数.实验结果表明,采用上述方法,使独立光伏照明系统的串并联谐振电路的续流值减小到约67 mA.

并联谐振直流环节逆变器的新型SVPWM方法

为降低并联谐振直流环节逆变器辅助换相电路的动作频率和损耗,以及辅助开关管的电流应力,该文提出一种新型空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)方法。新型SVPWM方法在实现所有开关管的软开关动作的基础上,在1个脉宽调制(pulse width modulation,PWM)周期内辅助换相电路只动作1次,从而降低辅助换相电路的动作频率和损耗;所提新型SVPWM方法通过增加分流死区时间,可避免谐振电流与负载电流相叠加,从而最大化地抑制辅助开关管的电流应力。新型SVPWM方法可适用于任何可调整零电压凹槽时间的并联谐振直流环节逆变器。在新型SVPWM方法下,根据不同工作模式的等效电路图,分析该逆变器的工作原理、软开关实现条件以及参数设计方法。最后使用绝缘栅双极型晶体管作为开关器件制作一台10kW、16kHz样机,通过实验验证所提调制策略的有效性。

一种新颖的并联谐振直流环节软开关逆变器

提出了一种新型的并联谐振直流环节电压源逆变器电路。该电路中所有开关器件均工作在零电压开关或零电流开关条件下。该电路开关器件少,只有1个主开关器件和1个辅助开关器件,控制简单且不依赖于负载电流的大小。过渡过程所需时间可以自由选择。直流母线零电压的持续时间与负载电流无关。在此给出了该电路详细的工作模式,理论分析,进行了实验验证,结果证实了所提出电路的正确性和有效性。

基于自适应准谐振控制的变频器并联VF开环均流控制策略

针对采用VF开环控制的变频器机组并联中出现的环流问题,提出了一种引入频率自适应准谐振控制器的VF开环控制策略,利用准谐振控制器在谐振频率处增益无穷大的特点消除系统不平衡扰动分量,同时根据电机负载的输出频率时变的特性,构建了频率自适应的准谐振控制器。仿真和实验证明,在保留VF开环控制对负载强适应性的基础上,该策略能很好的实现变频器机组并联均流控制。