单相Boost型SPWM并网逆变器研究

论述了单相Boost型并网逆变器的电路拓扑、工作模态和两种正弦脉宽调制(SPWM)控制策略,深入研究了改进SPWM控制单相Boost型并网逆变器存在的储能占空比与电压传输比不平衡引发的现象,以及基于调制函数推导了逆变器储能电感电流的交、直流分量与电路参数之间的关系,揭示了该逆变器存在储能电感值大、储能电感电流大、输出并网电流波形畸变严重、变换效率低等固有缺陷的机理。提出一种新颖的单相Boost型SPWM并网逆变器,仿真和实验结果证实了理论分析的正确性。     

储能电感电流限定单周期控制单相电流型PWM逆变器研究

为了克服传统单相电流型PWM逆变器存在的储能电感及其电流大、输出电压波形畸变严重的固有缺陷,提出了一种具有储能电感电流限定的单周期非线性控制单相电流型PWM逆变器,储能电感电流在高于和低于限定值两种情况时逆变器分别工作在续流方式和Boost方式。深入分析研究了这种逆变器一个低频输出周期内的八种电路模式、开关状态方程和高频开关工作过程等稳态原理特性,推导出了电压传输比、储能电感电流限定值、储能电感、输入和输出滤波器、功率开关电压和电流应力等主要参数的设计准则。设计并研制成功的1k VA 110VDC/220V50Hz逆变器样机具有单级升压变换、变换效率高、输出波形质量高、储能电感小等优点,证实了所提出研究方案和理论分析的正确性,有效地克服了传统单相电流型PWM逆变器的固有缺陷。     

三类组合直流变换器型高频环节逆变器的分析比较

组合直流变换器型高频环节逆变器是由两个相同的隔离双向直流变换器输入侧并联、输出侧反向串联构成,包括Buck、Boost、Buck-Boost型三类。主要对Buck、Boost、Buck-Boost组合直流变换器型高频环节逆变器的电路拓扑、控制策略、输入电流纹波、输出电压纹波、关键电路参数、原理实验波形等方面进行了比较研究,获得了重要结论。     

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。     

单级单相升压型逆变技术的发展

升压型逆变器具有单级升压能力、负载短路时可靠性高、系统寿命较长、在光伏场合下可通过控制输入侧储能电感电流实现从弱光能至强光能全过程利用等特点,但传统单级单相升压型逆变器在降压区间储能电感无法去磁,导致输出波形畸变严重。针对这一问题,国内外学者对单级单相升压型逆变器展开了部分研究工作。本文论述了基于传统电路拓扑提出改进控制策略的单级单相升压型逆变器和新颖的单级单相升压型逆变器电路拓扑及其控制策略,并将上述各研究方案的电路参数及性能指标进行对比分析,得出了结论。     

带有源缓冲的单级单相电流型逆变器

为了实现单级升压逆变,提出了一种带有源缓冲的单级单相电流型PWM逆变器,及其状态量限定下的输出电压反馈复合单周期控制策略,并对构成这种逆变器的电路拓扑、控制策略、关键电路参数设计、系统建模和仿真等进行了深入分析和研究,获得了重要结论.该逆变器电路拓扑主要由储能电感、有源缓冲电路、电流型单相逆变桥构成,存在三种工作模式和...     

全桥Boost型高频环节DC-AC变换器

在全桥Boost型高频环节AC-AC变换器基础上,提出将输入周波变换器变为高频逆变器,并且在输出负载与输入电源之间联接高频电气隔离反激式变换器能量回馈电路,实现全桥Boost型高频环节DC-AC变换.该变换器是由输入滤波电路、储能电感、高频逆变器、高频变压器、周波变换器、输出滤波电路依序级联构成,深入分析了其控制策略与稳态特性,并给出了关键电路参数与仿真结果.这种变换器适用于要求输入电流纹波小、负载短路时可靠性高、输出容量大、体积和重量小的逆变场合.     

变频转恒频电源控制系统设计

在AC-DC-AC变换器的基础上,提出对输入AC-DC变换器交流侧加大电感的拓扑结构和解耦PWM控制,实现桥式Boost型变频环节的AC-DC变换;对输出DC-AC变换器采用三相桥式结构拓扑和电压电流双PI调节器PWM控制,实现中间直流环节的DC-AC变换,得到需要的恒定频率三相电源。深入分析了其控制策略的正确性和可行性,给出了关键电路参数与仿真结果,并设计了硬件电路。     

差动Boost直流变换器型高频环节逆变器

提出并深入研究差动Boost直流变换器型高频环节逆变器的电路拓扑、控制策略、稳态原理特性和关键电路参数设计准则,并给出原理实验结果。这类逆变器是由2个相同的、输出反相低频正弦脉动直流电压的高频电气隔离双向功率流Boost直流变换器以差动电路构成。研究结果表明,这类逆变器具有高频电气隔离、电路拓扑简洁、双向功率流、输入电流纹波小、负载短路时可靠性高、输出容量大等优点,拓宽和丰富了电力电子学高频环节逆变技术理论。     

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。     

一种新颖采用磁集成技术大功率组合式高增益Boost变流器研究

为满足规模化储能系统及直流母线型分布式发电系统对大功率、高增益、高效率和高功率密度直流升压变换器的要求,提出了一种适用于大功率应用场合的组合式双输入高增益磁集成Boost变流器,并研究了该拓扑组合复用和控制策略。首先详细介绍了所提出的新型变流器的电路结构、工作模态和电气性能,推演出变流器电压增益、开关管应力及电感电流纹波特性,并分别讨论了组合拓扑的交叉控制和互补控制策略,通过与传统双输入Boost变流器的电压增益对比,该拓扑在两种控制模式下均具备更大电压增益和更小的电流纹波;其次推导了静态等效电感和暂态等效电感,以及耦合电感下稳态电流纹波和暂态电流响应速度的关系,给出耦合电感设计准则;最后制作实验样机进行测试,结果证明了理论分析的正确性。新拓扑较之传统高增益大功率升压变流器具备高增益、高功率密度、低应力和低纹波的优势,具备极大的研究价值和实用潜力。     

电流型高频链AC-AC变换器

提出电流(Boost)型高频链AC-AC变换器电路结构与拓扑族,它是由输入滤波器、储能电感、输入周波变换器、高频变压器、输出周波变换器和输出滤波器依序级联构成。深入分析研究了这类变换器的原理特性与控制策略,提出并有效解决变换器启动时储能电感的磁饱和问题及高频变压器漏感引起的电压尖锋现象,给出这类变换器的仿真和原理试验。研究结果表明,这类变换器具有电路拓扑简洁、高频电气隔离、双向功率流、变换效率高、网侧功率因数高、负载适应能力强、负载短路时可靠性高等优点。     

开关电感型单相五电平电流源逆变器

多电平电流源逆变器因具有高安全性、低输出谐波特性等优点得到广泛关注。提出了一种开关电感型单相五电平电流源逆变器,其直流控制单元采用Buck结构,为电感提供了独立的充放电回路,实现了电感电流控制与输出电流控制的完全解耦,使用较小电感即可控制电流稳定。所提逆变器采用开关电感结构形成多电平输出,减少了器件数目,利用其高度对称性可简化外围电路设计。针对于单相逆变器输入侧电感电流存在二倍频波动的问题,在传统比例积分控制的基础上,增加功率前馈控制,以储能电感在每个开关周期内实现电流恒定作为先决条件,折算不同状态下直流侧开关器件的占空比扰动量,在不增加电路复杂度的前提下,采用较少器件和小储能电感有效抑制了电感电流的二倍频波动,减小了输出电流中3次谐波含量和总谐波畸变率,提高了输出电能质量。最后,通过仿真和实验验证了所提拓扑和控制策略的可行性。     

一种新颖的软开关双向DC/DC变换器

提出了一种新颖的双向DC/DC变换器,降压时采用移相控制ZVZCS-PWM全桥功率变换,控制简单,效率较高,升压时采用带变压器隔离的Boost变换器,利用Boost变换器与推挽变换器的级联,通过一种控制策略,去掉冗余元件,得到一种新颖的升压电路拓扑.这种升压变换器通过Boost和隔离变压器的两级升压,适合应用在初、次级电压等级相差较大的场合.升压时,通过引入耦合电感能量反馈辅助电路,实现所有开关管的软开关.重点分析了双向DC/DC变换器升压时的工作过程,并研制出一台实验样机,实验结果与理论分析一致.     

升降式交流斩波器

介绍了一种新颖的Buck-Boost型交流斩波器.该交流斩波器将Buck-Boost型DC/DC变换器的开关管双向化,可实现单级降压或升压的AC/AC直接变换和能量双向流动.该变换器使用较少的功率器件实现了单级功率变换和能量双向流动,有利于提高变换器的功率密度和变换效率.详细研究了其工作模态和原理.分析了该变换器的两种PWM调制策略,并指出采用第2种调制策略可降低开关损耗.采用滞环电流控制的Buck/Boost型交流斩波器可对输入电压畸变进行有效抑制,保持了输出电压波形的高度正弦化.仿真和实验验证了分析的正确性.     

电源变换器在风力发电中的技术研究

随着风力发电技术的快速发展,高性能的电源变换技术受到人们的广泛关注.在此采用基于DSP的数字控制技术,设计了一个新型的AC/DC/AC电源变换器.该变换器前级为三相两开关Boost PFC电路,采用DSP产生两路相位差为180°频率可变的PWM信号进行控制,实现了部分解耦控制,能有效减少输入电流的谐波含量并提高功率因数...     

双Boost逆变及用于高频链矩阵式逆变器

适应高频链能量变换的特点,提出一种新型双Boost高频逆变电路,该拓扑由两个全控开关和两个储能电感构成,通过占空比大于0.5的控制方法实现高频升压及逆变输出.相对普通的全桥高频逆变电路,该拓扑可减少开关个数以提高变换效率,缩小高频变压器变比进而减小其体积和分布参数,因此可广泛应用于具有高频逆变要求的电路中.在分析其结构特点及工作原理的基础上,提出一种以双Boost高频逆变电路与典型三相输出型高频链矩阵变换器相结合的新拓扑,详细分析了Boost电感电流连续模式(CCM)下该电路高频开关周期内的工作状态,给出了相应的仿真和实验波形,结果证实了该拓扑在高频链能量变换器中应用的可行性及其控制方案的合理性.