New Approach of Multi-Cell Stacked Cell Inverter for Solar Photovoltaic System

In this paper, a new inverter topology dedicated to isolated or grid-connected PV systems is proposed. This inverter is based on the structures of a stacked multi-cell converter (SMC) and an H-bridge. This new topology has allowed the voltage stresses of the converter to be distributed among several switching cells. Secondly, divide the input voltage into several fractions to reduce the number of power semiconductors to be switched. In this contribution, the general topology of this micro-inverter has been described and the simulation tests developed to validate its operation have been presented. Finally, we discussed the simulation results, the efficiency of this topology and the feasibility of its use in a grid-connected photovoltaic production system.

一种光伏微型逆变器的设计研究

在能源危机、环境污染日益严重的今天,光伏发电体现出得天独厚的优势。光伏微型逆变器作为能量传输的桥梁,它的优劣直接决定着光伏系统的效率高低以及输出电能的质量好坏。基于STM32设计的一款光伏微型逆变器,其硬件电路包括主电路、控制电路、辅助电源电路、采样电路、驱动电路以及人机交互电路。通过MATLAB仿真和实物制作调试,验证了该设计,使其系统的输出能满足并网要求,并能迅速准确地追踪光伏阵列最大功率点电压,且当电网断电时,也能快速检测到孤岛现象并关闭系统。

基于光伏并网反激式微型逆变器的建模与仿真

根据提出的光伏并网反激式微型逆变器系统框架,使用PSIM仿真软件,对其进行建模和仿真,通过调节光照强度和温度这两个自变量,建立基于扰动观察法的MPPT模型、基于SOGI-PLL锁相环的光伏并网控制模型,以及反激拓扑电路模型.通过对各个模型,以及整体系统进行仿真研究,验证了各部分输出特性能够实现最终的安全并网,对光伏发电并网微型逆变器的研究具有一定的参考价值.

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。

微型光伏逆变器最大功率点自动跟踪方法

针对现有自动跟踪方法跟踪捕获结果存在较大误差的问题,本文提出了一种微型光伏逆变器最大功率点自动跟踪方法。首先,根据不同光照强度下电荷的特性,绘制微型光伏逆变器的I-U/P-U特性曲线,计算功率输出达到最大值时的运行效率,并在最大功率点附近对其进行控制。其次,采用DCM和BCM两种工作模式实现低功率频段和高功率频段的输出。再次,通过判断光伏阵列中两侧峰值点的大小得到特性曲线之间的交点位置,并运用改进粒子群算法更新粒子位置进行飞行搜索。最后,通过动态调整粒子飞行的最优位置和历史位置,完成对全局最大功率点的追踪。实验结果表明,当光照强度改变时,实验组的微型光伏逆变器能准确跟踪捕获电池的最大输出功率点(200 W),取得了较好的跟踪效果。

具有功率解耦功能的光伏并网微逆变器

为了解决光伏并网微逆变器直流侧引入的二倍工频扰动问题,传统解决方案是在太阳能板两侧并入大容量的电解电容来平抑扰动,但电解电容的使用寿命过短,导致整个光伏系统的使用寿命受限。为此提出了一种新型的功率解耦电路拓扑,实现了以寿命长、容值小的解耦电容替代电解电容,在完成功率解耦的同时也有效延长了微逆变器系统的整体寿命。最后通过仿真验证了该新型解耦电路的可行性。

基于微分几何的微网Z源逆变器并网控制

针对应用于微网系统中的Z源逆变器及其并网控制研究,以光伏系统为例,根据Z源变换器本身具有的非线性特性,建立Z源逆变器直流链及逆变侧的仿射非线性模型,利用微分几何基本工具,构造恰当的坐标变换和预反馈,将原非线性系统精确线性化,然后对该系统进行线性最优控制器设计。该逆变器集最大功率点跟踪、升降压和并网发电等功能于一体。仿真及实验表明:当光伏电池在输入条件发生变化时,本文控制方法能够使Z源逆变器直流链快速稳定无超调地跟踪最大功率点,逆变侧输出的三相电压能够实现快速平稳过渡并改善并网电流畸变。

一种高效率低输入纹波电流的光伏并网微逆变器

针对传统光伏系统存在热斑、整体效率低等问题,提出了一种高效率、低输入电流纹波的隔离型单相两级式光伏并网微逆变器。该微逆变器由前级DC/DC升压环节和后级逆变环节组成。DC/DC变换器采用有源钳位和倍压整流电路,使变压器原边开关管及副边整流二极管实现软开关,分析了其稳态下的工作原理并给出了变换器关键波形曲线;后级逆变环节应用软件锁相、脉宽调制等技术实现了逆变并网。提出了一种低成本的在中间母线电压环中加入扰动环节的方法,抑制了两级式逆变器直流输入侧存在的两倍交流输出频率的电流纹波。研制了一台220 W光伏微逆变器样机并进行了测试,实验结果证明了理论分析的可行性。

小功率微型逆变器的研究

为克服传统光伏阵列逆变器因局部不佳而造成整体输出功率下降的缺陷,提出了一种针对单块太阳能电池板的小功率微型逆变器拓扑结构及其相应的控制策略。微型逆变器采用两级式并网结构:前级控制采用基于传统电导增量法和自适应算法的变步长最大功率跟踪算法以获得更好的动稳态特性;后级控制鉴于LCL滤波器的结构特点采用电压外环与双电流内环组成的三环控制策略以获得高品质的入网电流。在Matlab仿真环境下,利用SimpowerSystems功能模块,对太阳能电池板的数学模型、最大功率跟踪算法控制策略和并网控制策略分别建立了仿真模型,仿真结果证明了该方案和控制策略的正确性。

光伏并网微型逆变器中功率解耦技术概述

在光伏并网微型逆变器中,输出功率含有两倍工频的功率脉动,而光伏组件根据MPPT算法控制输出为恒定的功率,这两者的瞬时功率不平衡通常由并联在光伏组件两端的大电解电容来解决。然而电解电容寿命有限,远低于光伏组件的寿命要求,成为影响微型逆变器寿命和稳定性的决定性因素。回顾了国内外应用于光伏并网微型逆变器中的功率解耦技术,进行分类介绍并列举了不同的电路拓扑及控制方法,最后对其进行比较并指出各种方法的优缺点。

基于开关电感的有源网络升压变换器的研究

在光伏并网微逆变器等需要高电压增益的场合,传统的Boost变换器由于电压增益较小,已经无法满足电压变换的需要。而隔离式DC-DC变换器由于引入了高频变压器,在系统体积和变换效率上都较非隔离DC-DC变换器存在不足,因此非隔离型高增益DC-DC变换器成为了人们研究的热点。然而传统的隔离型高增益变换器存在着变换器体积大,功率器件电压应力高,电压增益仍然有限等缺点。本文提出了一种基于开关电感的有源网络升压变换器拓扑,该拓扑具有较高的电压增益,较低的功率器件的电压应力,并设计制作了一台200W原理样机,实验结果证实了理论分析的正确性。

应用于微逆变器的高增益DC/DC变换器设计

在光伏发电微逆变器模块中,针对传统高增益DC/DC变换器体积较大、功率器件电压应力高、电压增益仍然有限的不足,提出了一种新型的非隔离型高增益DC/DC变换器,有效克服了上述缺点。文中讨论了该变换器在连续与断续工作模式下的工作模态,分析了其稳态工作原理,并给出了其电压增益及外特性曲线。与一些常见的高增益DC/DC变换器在电压增益、电压应力和电感电流等方面进行了对比,最后根据所提出的变换器,设计并制作了一台200W原理样机,实验结果证实了理论分析的正确性。

光伏微逆变器中Boost变换器的混沌现象分析与控制研究

由于光伏并网微逆变器中Boost变换器存在着混沌现象,易造成微电网系统的不稳定。故引入两级式微逆变器,通过建立Boost变换器模型分析混沌现象产生机理,参考电流参数是造成混沌的重要因素。提出一种基于参数共振微扰法的Boost变换器混沌动力学控制方法,以参考电流作为微扰参数,推导出最优控制计算公式。通过实例验证,参数共振微扰法可以有效抑制Boost变换器的混沌现象。结果表明该控制算法对研究光伏微逆变器具有有效性和可行性。

三相光伏逆变器并网时故障状态仿真分析

当光伏发电系统在并网点处发生故障时,会对光伏微网内部的电能质量包括电流、电压和相位产生严重的影响,采取合适的控制策略使光伏逆变器恢复并网点电能质量是目前的研究热点和难点之一。在Matlab/Simulinkh建立光伏发电系统并网运行时故障仿真模型,对单相接地故障、两相接地故障、断路器单相重合闸故障以及三相重合闸故障进行仿真。以分布式光伏并网逆变器电路的拓扑结构为基础,三相光伏逆变器利用软件锁相环技术为坐标系变换提供相位支撑,PQ控制策略采用功率和电流的双闭环控制。当故障排除后,通过三相光伏逆变器的调节控制作用,使得光伏微网内部的电能质量能在很短的时间内恢复到正常值,锁相准确,谐波小,对稳定电能质量具有良好效果。

微型光伏逆变器MPPT跟踪策略的应用研究

研究了一种应用于微型光伏逆变器的最大功率点跟踪(MPPT)策略,详细分析了变步长扰动观察法的工作原理和控制策略,通过Matlab/Simulink仿真平台验证了该方法可以快速、稳定地实现最大功率点跟踪,并通过变步长扰动观察法在微型光伏逆变器中的应用实验,验证了这种方法可以极大地提高微型光伏逆变器的转换效率。

光伏并网微型逆变器的高频变压器设计

针对用于光伏并网微型逆变器中的标准高频变压器购买难的问题,应用功率体积法设计了一款交错反激高频变压器,对高频变压器的磁芯、绕组导线、电感、绕组布置等进行设计和计算。实验样机测试表明,高频变压器工作状态良好,逆变器能够成功并网运行,逆变效率达到95.5%,并网电流谐波畸变率小于4%。

中间电流型双管正激式光伏微逆变器

为克服现有光伏微逆变器电压应力高、结构较复杂的缺点,提出了一种中间电流型双管正激微逆变器。该变换器中所有开关都可实现软开关,并消除了变压器副边整流二极管的反向恢复损耗。分析了所提微逆变器的工作原理,并得到了微逆变器的最大占空比、占空比的预置值、开关管的电流应力以及无源元件参数。建立了所提微逆变器的实验样机,实验结果验证了所提微逆变器具有优良的性能。

反激式光伏微型逆变器的研究

研究了一种基于反激式的光伏微型逆变器,对传统的功率解耦环节进行改进,引入双向DC/DC变换器为解耦电路,取代传统的电解电容,提高了光伏微型逆变器的寿命预期。该电路只包含两个小容值电容,可使用寿命较长的无极性电容替代大容值电解电容。最后,仿真试验验证了该解耦电路和控制方案的有效性和正确性。

微电网建模及并网控制仿真

针对现有仿真工具难以准确仿真微电网及含微电网配电网的现状,研究了微电网的建模技术。基于Digsilent仿真平台建立了适用于潮流分析、动态仿真的光伏发电系统模型,包括光伏电池组件的I-U特性模型、光伏逆变器控制模型和电池储能系统模型。在验证模型准确性的基础上,使用电力系统分析软件Digsilent对微电网并网运行控制的恒功率输入/输出控制、变功率输入/输出控制和最优功率控制三种模式进行仿真。在光伏输出变化和负载变化的情况下,对馈线有功功率控制的仿真结果表明,所建的微电网模型可准确模拟微电网并网控制模式,可用于实际微电网系统的并网运行分析。

光伏微逆变器用串联谐振型直流变压器的设计

低压输入的光伏微逆变器系统中,广泛采用"Boost+直流变压器"的两级式DC/DC功率变换方案,传统的直流变压器方案主要是基于全桥变换器方案,该方案开关管数量多,而且开关管工作在硬开关状态。文章提出了一种新型串联谐振型直流变压器,该变压器原边采用半桥结构,副边为倍压整流结构,变压器开关管数量减少了一半。通过引入串联谐振腔,在合理设计死区时间的基础上,开关管可工作在软开关状态。最后制作了一台300 W样机,样机具有良好的增益特性和效率特性。