基于准Z源的多电平光伏并网控制系统研究

为了克服组串式光伏系统在部分遮挡条件下无法向外输出最大功率的问题,以准Z源逆变器为光伏逆变的基础拓扑,用模块化级联式多电平光伏逆变器结构,构建了一套可实现模块级最大功率点跟踪的光伏并网系统。与传统DC—DC级联DC—AC的光伏逆变器结构相比具有有源器件少、能量转换级数低、可靠性高等优点。文中阐述了基于准Z源逆变器的级联式多电平光伏并网系统的工作原理,并给出闭环控制策略,提出采用功率电流双闭环结构实现准Z源多电平逆变器并网控制,通过功率控制环保证准Z源网络直流侧电压恒定,电流控制环用于控制入网电流波形,减小并网谐波电流,提升并网质量。仿真结果验证了所述控制方法的有效性。     

简化型Z源并网逆变器

针对传统Z源逆变器电路体积庞大、启动冲击大、输入电流断续造成直流电压利用率低,提出了一种简化型Z源逆变器拓扑.该拓扑在基本保持传统Z源逆变器升压能力的前提下,减少阻抗网络中高压电容的数量,用二极管为直通状态下的阻抗网络电感电流提供续流电路,减小了电路的体积及设计成本,同时该拓扑不存在启动冲击问题,保证了输入电流的连续.将该拓扑应用于三相并网系统,基于dq坐标系电流解耦及阻抗网络电容电压恒定的原则设计了控制系统.对其稳态输出、并网功率突变、输入电压扰动等情况进行了仿真分析,验证了拓扑的可行性及性能.     

改进型Z源并网逆变器

针对传统Z源并网逆变器升压能力有限、启动冲击较为严重、输入电流断续造成直流电压利用率低等方面的不足,对传统的阻抗网络进行改进,提出一种改进型Z源并网逆变器拓扑。该拓扑在传统的阻抗网络的基础上增加一个有源开关及电感,与传统阻抗网络中的输入二极管在前级构成一个等效Boost电路,提高了传统Z源逆变器的升压能力,电感的加入也限制了启动冲击电流,并保证了输入电流的连续。在理论分析的基础上,对基于改进型Z源逆变器的单相并网系统进行了仿真及实验研究,结果均表明该拓扑能够以实现单位功率因素并网,且启动过程平缓,输出电能质量好,系统效率高,验证了该拓扑的可行性及性能的优越性。     

改进型双向Z源储能变流器拓扑结构及空间电压矢量调制策略

针对传统Z源逆变器电容电压应力高、启动冲击电流大、存在非正常工作状态、能量无法双向流动等缺点,提出了一种改进高性能双向Z源变流器拓扑。将改进型Z源逆变器中的二极管用一个带有反并联二极管的全控开关代替,通过对全控开关的控制,使Z源电感中的电流可反向流动,电感电压始终被钳位在电容电压,进而消除传统和改进型Z源逆变器在小电感或轻载下出现的非正常工作状态,保持直流链电压稳定。此外,控制电感电流的反向流动还可实现能量由交流侧向直流侧回馈。在理论分析的基础上,提出了一种改进型空间电压矢量调制策略。仿真结果表明,所提拓扑的电容电压应力和启动冲击电流比传统拓扑的更小,可在纯无功负载下运行,并可实现能量的双向流动。     

一种倍压开关电容型Quasi-Z源逆变器

为弥补传统准Z源逆变器升压能力弱,电容和开关管电压应力较高,直流源输出电流断续,纹波较大,强升压能力与输出优质波形冲突等缺点,提出了一种倍压开关电容型Quasi-Z源逆变器拓扑。该拓扑是在传统准Z源逆变器的基础上通过增加一个开关电容网络、一个升压电感和一个续流二极管并经优化设计而成。通过采用简单升压调制策略控制开关管通断,实现三相桥臂直通使阻抗源进行储能,进而完成单级升压逆变的过程。该结构较传统Z源逆变器拥有成倍的升压能力,且在直通占空比较低的情况下升压能力依然具有较明显的优势,同时具有电容电压应力低,直流源输出电流连续等优点。通过仿真和实验验证了其准确性与优越性。     

基于滑模控制的新型双准Z源NPC型五电平逆变器并网控制策略

针对传统双Z源二极管箝位(NPC)型五电平逆变器的Z源网络电感启动电流过大、升压能力有限等问题,提出一种新型的双准Z源NPC型五电平逆变器拓扑结构。用一种新型的双准Z源结构代替传统的双Z源结构,能够降低近2/3的Z源网络电感启动电流,提升逆变器直流侧电压接近2倍。将滑模控制应用到准Z源五电平逆变器系统的控制中,该方法无需线性化处理,只需通过系统数学模型就可推导出适当的控制规律。分析新型双准Z源五电平逆变器拓扑的工作原理;应用状态空间法和小信号模型对准Z源五电平并网系统进行数学模型推导和分析,并进行滑模控制器的设计;仿真和硬件实验结果表明,与传统比例-积分(PI)控制相比,滑模控制能够显著提高系统稳定性,降低电流谐波。     

基于Z源电容电压变化的并网电流控制策略

Z源逆变器属于单级系统,具有结构简单,允许逆变桥同一桥臂上下功率器件直通,输出波形畸变小等优点,在光伏发电等输入电压变换范围比较大的场合具有很好的应用前景。在光伏并网系统中,并网电流的频繁变化将会对电网的电能质量带来负面影响。为此,本文结合单相Z源光伏并网逆变器的特点,提出了通过Z源电容电压变化来调节并网电流幅值的控制方法。该方法能够减小并网电流的波动,从而改善并网电流的波形质量。实验结果证明了该控制策略的有效性。     

重复控制三相电压型准Z源光伏并网逆变系统

为提高准Z源逆变器的升压能力和并网电流质量,提出了一种采用重复控制的强升压能力的单级三相电压型准Z源光伏并网逆变系统,并对这种逆变系统的电路拓扑、改进的空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)控制策略、离散控制系统的稳定性和调制器设计进行了分析。该系统电路拓扑是由大升压比准Z源阻抗网络、三相逆变桥和三相LCL滤波器构成;改进的SVPWM控制策略包括光伏阵列最大功率点跟踪控制和储能电容电压外环、并网电流内环控制,其中并网电流内环采用逆变器侧电流反馈控制策略,且融入了电网电压比例前馈、重复控制和PI串联的嵌入式复合控制来提高并网电流质量。实验结果证实了所提逆变系统电路拓扑、控制策略和系统设计的有效性。     

重复控制三相电压型准Z源光伏并网逆变系统EI北大核心CSCD

为提高准Z源逆变器的升压能力和并网电流质量,提出了一种采用重复控制的强升压能力的单级三相电压型准Z源光伏并网逆变系统,并对这种逆变系统的电路拓扑、改进的空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)控制策略、离散控制系统的稳定性和调制器设计进行了分析。该系统电路拓扑是由大升压比准Z源阻抗网络、三相逆变桥和三相LCL滤波器构成;改进的SVPWM控制策略包括光伏阵列最大功率点跟踪控制和储能电容电压外环、并网电流内环控制,其中并网电流内环采用逆变器侧电流反馈控制策略,且融入了电网电压比例前馈、重复控制和PI串联的嵌入式复合控制来提高并网电流质量。实验结果证实了所提逆变系统电路拓扑、控制策略和系统设计的有效性。     

一种新型高效单相非隔离光伏并网逆变器

研究了一种新型高效、高可靠性的单相非隔离光伏并网逆变器,利用相互独立的2只耦合电感隔离并网输出电压的正负半波,逆变桥拓扑为H6对称结构,使网侧电压与光伏组件安全隔离,能彻底去除高频分量,有效抑制共模电流。新型逆变器每只开关管串联一只隔离二极管,解决了传统电压型全桥逆变器存在桥臂直通的短路问题,不需设置"死区"切换时间,改善了交流侧输出波形质量,提高了逆变器效率。经对3 kW实验样机测试和比对分析,验证了逆变器的性能优于传统H4隔离式全桥拓扑。     

一种电流型并网逆变器的拓扑和控制方法

提出一种基于导抗变换器的单相和三相电流型并网逆变器主电路拓扑结构及三角波-三角波脉冲宽度调制模式,详细分析了该主电路的工作原理及控制策略,推导了导抗变换器及三角波-三角波调制模式的输出特性,仿真和实验结果验证了本方案的正确性.由于本逆变器采用高频电感和高频变压器替代了传统电流型逆变器中的工频电感和工频变压器,具有控制简单,成本低,体积小,效率高等优点,并网电流不受电网电压影响,可以实现高功率因数电流源并网逆变.提出的三相并网逆变方案,相比于传统三相并网逆变器,具有系统冗余性好,抗电网波动能力强等优点.     

改进型准Z源三电平逆变器建模分析

针对传统Z源逆变器(Z-source inverter, ZSI)电容电压应力大和升压能力不足等缺陷,提出了一种改进型准Z源逆变器(quasi ZSI, QZSI)拓扑结构。首先,对改进型Z源三电平逆变器的稳态工作原理进行深入分析,得到直流链输出电压和电容电压表达式,并与传统Z源三电平逆变器进行对比。理论推导出改进型Z源网络的无源参数,结合改进简单升压控制策略,说明改进型Z源逆变器整体升压能力。最后,通过在Matlab软件仿真和硬件平台上实验结果验证了改进型Z源逆变器具有良好的升压能力,降低电容电压应力以及抑制启动冲击效果。相比于传统的Z源逆变器,提出的改进型Z源逆变器具有电容电压的应力更小、输出电压的升压更高、电感电流的冲击更小等优点。     

改进型开关电感准Z源逆变器

为克服传统 Z 源逆变器的不足,提出了一种改进型开关电感准 Z 源逆变器,用自举电容代替了传统开关电感中的一个二极管。与前人提出的拓扑相比,改进型拓扑不但提高了升压能力,保证了输出波形的质量,而且使电容及开关器件的电压应力得到了降低,同时也减小了电感电流的脉动。对改进型拓扑结构进行了理论分析,仿真及实验结果验证了该拓扑的可行性。     

Z源单相并网逆变器控制的实现

提出了Z源单相并网逆变器的控制方法;分析了Z源网络和并网逆变器的建模,并在此基础上设计了Z源单相并网逆变器调节器。Z源单相并网逆变器控制系统由Z源网络电容电压控制环和输出并网电流控制环组成。Z源网络电容电压控制环采用PID调节;输出并网电流控制环采用PI调节。仿真和实验都验证了Z源单相并网逆变器控制方法的正确性和可行性。     

单相光伏并网逆变控制器的优化

针对单相光伏并网系统中直流母线电压纹波比较大的特点,提出一种新型的周期数组滤波器,对逆变电压环控制器的输出进行二次谐波分量的检测与滤除,有效地抑制电压纹波对并网逆变控制器中输出电流参考的不利影响,从而降低并网电流的畸变率.另外针对并网逆变器中滤波电感值随电流变化导致低功率输出时并网电流畸变较大的现象,在电流环控制器中加入串联电感补偿算法,改善逆变器在低功率输出时的并网性能.最后在3kW单相全桥光伏并网逆变器样机上的实验结果验证了所提出的周期数组滤波器和串联电感补偿控制算法的可行性.     

一种单级高增益电流型光伏并网逆变器

光伏电池的输出电压范围很大程度上受到诸如温度、太阳辐射等环境因素的影响。由于在并网时光伏阵列较低的输出电压很难满足系统对电压的要求,因此,光伏并网逆变器需要具备较好的升压逆变能力。在传统三态电流型逆变器的基础上,提出了一种新型单级电流型升压逆变器。该逆变器采用了含有2个分别对称的电感和二极管的无源网络,在直流输入电压较低时仍能够实现中间母线电压幅值的较大提升,输出稳定的交流电压。分析了对该逆变器高增益的工作方式,并给出了调制策略的具体方案。通过理论分析和MATLAB仿真验证了该新型逆变器拓扑具有良好的性能。     

基于LCL滤波的三相并网Z源逆变器研究

针对传统并网系统中应用的逆变器,输出电压电流的局限性、高次谐波含量大等缺点,提出将传统三相PWM并网逆变器和等效的Z源网络相结合,建立了三相Z源并网逆变器的数学模型。采用LCL滤波器对高次谐波进行滤波,LCL滤波器在低开关频率和电感较小的情况下较单电感滤波具有明显的优势。研究采用并网电流和电容电压双闭环控制策略对并网逆变器进行控制,给出了网侧电流分量的控制策略,以及外环电压设定值的约束条件。仿真结果验证了理论分析的正确性和控制策略的有效性。     

单相电流源型逆变器储能电感电流优化调制及控制策略

传统单相电流源型逆变器在PWM过程中,直流侧储能电感电流在一个开关周期内通常被视为恒定,忽略了储能电感的充放电过程,导致储能电感电流出现断续或持续增加的问题。首先,对传统单相电流源型逆变器(CSI)直流侧拓扑进行改进,深入分析调制过程中储能电感的工作模式,推导出任意工作条件下储能电感电流最小限定值,并针对改进拓扑设计调制策略以维持储能电感电流的稳定。其次,通过引入交流侧电压、电流的正交虚拟分量,建立单相CSI在两相旋转坐标系下的数学模型,设计逆变器输出电压的闭环控制策略。仿真和实验结果表明,直流储能电感电流的最小限定值能够满足交流侧的电流需求且储能电感电流维持在限定值附近,同时逆变器输出电压能够精确跟随给定,证明了本文所提的优化调制及控制策略的可行性与正确性。     

开关型电感准Z源逆变器

提出了一种用开关型电感阻抗网络来连接电源和逆变桥主电路的新型准Z源逆变器拓扑,称为开关型电感准Z源逆变器.与传统准Z源逆变器相比,开关型电感准Z源逆变器可以提高电压增益,具有明显的升压优势,而且对于给定的电压增益,也可以采用更大的调制度,从而保证良好的输出电能质量.并将简单升压控制策略和3次谐波注入调制策略分别应用于开关型电感准Z源逆变器进行仿真,仿真结果验证了新型逆变器的优越性和合理性,而且验证了3次谐波注入调制策略的优点.     

改进型Z源逆变器

针对传统Z源逆变器的直流升压因子较小、启动冲击严重、直流侧的电压利用率较低等缺点,提出了一种改进型的Z源逆变器拓扑.在传统拓扑中加入一个电感和一个全控开关,提高了直流升压因子,利用该电感上的电流不能突变的特性,使得启动时阻抗网络上的电容的冲击电流大幅减小,从而不需要采用软启动策略;同时该拓扑还保证了输入电流连续,减小了...