基于功率解耦的无桥PFC变换器

传统无桥功率因数校正(PFC)变换器为降低输出直流侧低频纹波,需连接大容量电解电容,不仅增加了变换器体积,还降低了其使用寿命及可靠性。因此,这里将对称半桥型有源功率解耦电路运用于双二极管式无桥PFC变换器,并提出了基于锁相环(PLL)的对称半桥型有源功率解耦电路控制方案。通过功率解耦可显著减小无桥PFC变换器直流侧所需电容量,提高变换器功率密度及使用寿命。通过引入基于二阶广义积分的单相锁相环(PLL),解决了对称半桥型有源功率解耦电路在输入电压频率波动情况下无法正常工作的问题。仿真及实验结果验证了电路及控制方案的正确性。     

一种基于改进单相Y源逆变器的功率解耦方法

基于改进单相Y源逆变器,提出了一种新型功率解耦方法。由于二倍频功率纹波的存在,会在单相逆变器直流母线侧产生电压和电流纹波。通常情况下,会在全桥逆变器的直流侧并联大容量电解电容来实现前后级功率解耦。然而,电解电容体积大、寿命短,会影响光伏系统的可靠性和寿命。因此,利用改进Y源逆变器来实现功率解耦,该方法只需要分别在全桥中点和两个桥臂之间增加一个解耦电容。同时对应的控制策略确保在不影响负载电压的情况下,功率波动完全转移到两个解耦电容上。最终,搭建了一台基于TMS320F2812的200W的实验样机来验证所提功率解耦方法的有效性。     

一种对称半桥解耦电路控制方法及应用分析

针对两级式单相光伏并网逆变器交、直流侧功率不平衡问题,提出一种对称半桥拓扑的有源功率解耦电路控制方法,给出了解耦电路的参数计算过程及控制器设计方法,并进行了理论分析.搭建了采用薄膜电容的有源解耦电路、采用电解电容的有源解耦电路和全电解电容的无源解耦电路3种实验电路,从直流母线电容容量、解耦电路成本、体积和寿命等几个方面对其进行了应用对比.最后,结合户外光伏发电应用,给出1kW采用薄膜电容的光伏并网逆变电路的仿真与实验结果,验证了所提有源功率解耦控制策略的有效性.     

具有功率解耦能力的升降压逆变器

在单相光伏并网逆变器中,若要逆变器交流侧瞬时功率满足并网的需要,则在逆变器直流侧会产生不平衡脉动功率和二阶纹波电流,影响直流输入源利用率.为了减小直流侧的二次纹波,一般并联大容量的电解电容器,但电解电容器体积大且寿命较短.介绍了一种带有功率解耦电路的单相升降压逆变器,采用基于脉冲能量调制的有源功率解耦控制,将二阶纹波功率输送到薄膜电容,实现功率解耦.最后仿真验证了升降压逆变器功率解耦的有效性.     

一种基于交流侧功率解耦的无电解电容光伏逆变器研究

提出一种交流侧并联功率解耦电路的无电解电容光伏逆变器。该光伏逆变器主电路采用电压型H桥,功率解耦电路采用一种七开关双向变换器结构,并联在逆变器交流输出侧。H桥变换器采用电流滞环控制以实现交流并网,功率解耦电路采用基于脉冲能量的控制方式,即根据每个开关周期需要解耦的能量大小计算功率开关的占空比。功率解耦电路采用峰值电流控制,从而加大解耦电容上电压纹波,降低解耦电容器容值,以实现无电解电容的目的。分析了并联功率解耦电路的四个工作模式,讨论了解耦电感和电容的参数设计。建立了提出的无电解电容光伏逆变器的Matlab仿真模型以验证其有效性。仿真结果表明,提出的功率解耦电路解耦电容的容值降低到几十μF,可实现无电解电容器的光伏逆变器,从而延长光伏逆变器的使用寿命。     

基于逆变器交流侧的四开关功率解耦技术研究

针对两级式单相逆变器常用大容量电解电容来缓冲其固有的二倍频脉动功率，大大降低其耐用性和可靠性这一问题，本文在保证变换器稳定运行的前提下提出了一种四开关功率解耦电路，对降低逆变器电容总容值具有实际工程意义。分析讨论解耦电路的工作原理，通过对4种不同的工作模式进行分析，从而确定解耦主电路各个开关管开关时序。在此基础上，设计了相应的脉冲能量调制策略以实现瞬时能量的精准补偿，提升了四开关功率解耦电路的解耦性能，改善了两级式逆变器交直流侧波形质量。该方案逆变电路与功率解耦电路相互独立，有利于传统设备的改造。最后，搭建了仿真模型和实验样机，仿真和实验结果验证了增加交流侧四开关功率解耦电路后，变换器只需几十μF的薄膜电容就能对二倍频脉动功率进行有效解耦。     

基于负荷特性的车用SiC逆变器寿命评估

电动汽车的运行环境恶劣,对可靠性要求高,电力电子器件的故障率较高,急需评估车用逆变器的寿命特性。针对标准的和实际的车用工况,基于车辆动力学模型,采用功率器件的电–热协同分析方法,文中研究车用SiC逆变器的寿命评估方法。首先,基于电动汽车的工况与路况特征、电动汽车的动力学模型、车用电机的数学模型、电机的控制策略,给出了车用逆变器的负荷特性。其次,基于功率器件的损耗模型,分析车用逆变器的损耗特性。然后,基于功率模块的电–热耦合模型、寿命模型和累计损伤理论,构建车用SiC逆变器寿命的评估方法。最后,基于电动汽车的不同工况和路况,详细分析工况、路况、汽车质量对SiC逆变器寿命的影响规律,为SiC功率模块和车用逆变器的设计,提供基础理论和技术途径。     

单相级联H桥光伏逆变器的方波补偿控制策略

功率不平衡是单相级联H桥（CHB）光伏并网逆变器固有的问题,会引起输出功率较大的光伏组件对应的H桥（HB）变换器过调制,导致电网电流性能变差甚至系统不能正常运行。为此,提出一种扩大单相CHB光伏并网逆变器运行范围的方波补偿控制策略,当HB变换器之间的传输功率不平衡时,系统依然能够单位功率因数稳定运行。实验结果验证了所提控制策略的有效性。     

两级单相光伏并网逆变器母线电压控制策略

传统的两级光伏并网逆变器常常采用在直流母线处并联大容量的电解电容作为前后两级的功率解耦方法,电解电容具有体积大、寿命短等缺点,成为制约逆变器寿命和可靠性的关键性因素。该文提出一种应用于两级单相光伏并网逆变器直流母线电压控制方法。所提出的控制方法基于光伏板输出能量、直流母线电容存储能量和逆变器交流输出能量守恒分析,在该分析的基础上得到一个快速的直流母线电压控制器,快速的响应意味着可以采用更小的直流母线电容,从而降低逆变器系统的体积和成本。基于Matlab/Simulink下的系统模型的仿真验证了所提出控制方法的可行性与有效性。     

电容不匹配下直流分裂电容功率解耦衍生谐波识别与优化控制

传统上,在直流母线上安装大容量电解电容可有效吸收单相AC-DC变换器的二次脉动功率、降低直流电流或电压脉动。但电解电容存在体积大、寿命短等问题,有被可靠性更高的有源功率解耦取代的趋势。基于直流分裂电容的半桥解耦电路作为有源功率解耦拓扑的一种,独立运行于单相变换器,具有安装方便、应用灵活和反馈控制解耦精度高的特点。但相关研究均基于完全匹配的分裂电容进行分析,忽略了湿度和时间效应对于电容容值和功率解耦性能的影响。为提高解耦电路实际运行中的性能,对电容不匹配下的直流分裂电容进行分析,识别由此衍生出的直流和交流侧谐波的产生机理。以标准IEEE 1547-2003为谐波抑制目标,提出在分裂电容电压上引入直流偏置的谐波抑制准则和反馈控制,无需在线测量电容来识别电容漂移量,具有高解耦精度、高鲁棒性的特点。最后,以一台1kW实验样机对谐波抑制准则和功率解耦性能进行验证。     

一种新颖的矩阵式三相/单相变换器的设计与实现

提出了一种新颖的矩阵式三相/单相变换器,变换器由三相整流桥和单相逆变桥组成,其最大特点是开关管只需要采用单极性开关管并且无需直流母线支撑电容。三相整流桥采用基于扇区判断的同步整流控制策略,得到六脉波直流母线电压,并经过单相逆变桥得到频率和幅值可调的单相交流电。设计并制作了一台1.5kVA的样机,PSIM仿真结果和样机实验结果的吻合验证了本文所提出变换器的可行性。     

Prediction of harmonic power losses in fuses located in DC-link circuit of an inverter

Fuses may in the future enter into the DC link of voltage-source converters and the harmonic power losses prediction in fuses is very important for the manufacturers in order to predict lifetime and protection level of the converter. The DC-link current has a high harmonic content for an inverter that uses any kind of space-vector modulation strategy. The aim of this paper is to find a useful approximation for the AC resistance of a fuse and to predict the harmonic power losses in it when it is fed from an inverter.     

Grid integration improvement for single-phase inverters of small wind turbines under distorted voltage conditions

In this work, an enhanced control method for the grid-tied single-phase inverter in small wind turbines based on PMSG (permanent-magnet synchronous generator) under grid voltage distortion is introduced. Composite observers are designed for decomposing harmonic and fundamental components of the grid current and voltage accurately, which facilitate current control action and synchronize the inverter with the grid. Grid voltage phase angle is detected by an advanced PLL (phase-locked loop) scheme based on the grid voltage fundamental component. The inverter current is adjusted by multi-PR (proportional-resonant) controllers, where its harmonic components are regulated to zero resulting in a sinusoidal grid current. In this scheme, the DC-link voltage is maintained at constant by a DC boost converter, while generator output power is controlled by the grid-tied inverter. An MPPT (maximum power-point tracking) operation of wind turbine is obtained, with which generator speed is estimated from the input voltage and current of the DC boost converter, thus avoiding the use of an expensive and complex mechanical sensor. The presented method is proved through experimental investigation, where experimental results show that the THD (total harmonic distortion) of grid current is about 3% under 12.25% THD of the grid voltage.     

新型三相-单相交流发电系统拓扑结构及其控制策略仿真研究

针对传统三相-单相交流变换器拓扑结构复杂且需要额外的滤波器等的不足,基于永磁同步电机开绕组的特点,提出了一种新型三相-单相交流发电系统拓扑结构。分析了通过对双变换器直流侧电容电压的控制实现单相交流输出的工作原理,并在此基础上提出了一种通过永磁同步电机的正序电流和零序电流分别实现变换器直流侧的电容电压和单相交流输出电压解耦控制的新型控制策略。该策略采用MATLAB构建系统仿真模型,在不同发电机转速和负载情况下对系统进行了仿真分析,验证了该新型三相-单相交流拓扑无需使用额外的滤波电路即可实现高质量的单相交流电压输出,其幅值、频率均可以灵活调节,且具有优异的动态特性。     

基于重复控制的新型三相变换器研究

中间直流侧的电解电容是决定AC/DC/AC变换器使用寿命的关键,取消或减小该电容具有重大意义。针对整流级采用二极管不控整流桥、逆变级采用全控桥的拓扑结构,具体分析了整流级在SPWM调制方式下的工作模式。通过把三相输出电压划分为6个区间,并在每一个区间内根据SPWM的调制特点和三相负载电流的波形,得出了负载功率因数角与能量反馈(倒灌电流)的关系。在此基础上,通过对1个载波周期内直流侧电容上的充放电分析,给出了有倒灌电流时最小电容值的计算方法。取消或减小直流侧电容后,不控整流输出的直流电压是波动的,逆变级不能直接应用标准的SPWM。根据重复控制的原理,对重复控制可以消除输出电压中因直流电压波动而产生的低次谐波的机理进行了分析,分析结果表明应用重复控制可以使输出电压具有良好的波形。最后,应用Matlab/Simulink进行了仿真,仿真结果验证了理论分析的正确性。     

A feedback linearizing control scheme for a PWM converter-inverterhaving a very small DC-link capacitor

This paper addresses a control method of reducing the size of the DC-link capacitors of a converter-inverter system. The main idea is to utilize the inverter operation status in the current control of the converter. Specifically, the information on the load power is incorporated in synthesizing the converter current control input so that a proper DC voltage level is maintained. We describe the dynamics of load current and apply feedback linearization theory to obtain an input output linearized system. Theoretically, this control strategy is effective in regulating the DC voltage level, even though the DC-link capacitor is arbitrarily small and load varies abruptly. The superior performance is demonstrated through simulation and experiment. An experiment was performed with a 9-kW pulsewidth modulation converter-vector inverter system having a 75-μF DC-link capacitor     

A review of single-phase grid-connected inverters for photovoltaic modules

This review focuses on inverter technologies for connecting photovoltaic (PV) modules to a single-phase grid. The inverters are categorized into four classifications: 1) the number of power processing stages in cascade; 2) the type of power decoupling between the PV module(s) and the single-phase grid; 3) whether they utilizes a transformer (either line or high frequency) or not; and 4) the type of grid-connected power stage. Various inverter topologies are presented, compared, and evaluated against demands, lifetime, component ratings, and cost. Finally, some of the topologies are pointed out as the best candidates for either single PV module or multiple PV module applications.     

Power Electronic Interface with Maximum Power Point Tracking Using Line-commutated Inverter for Grid-connected Permanent Magnet Synchronous Generator

Abstract—This article presents a simple grid interactive system that extracts maximum power from a wind-driven permanent magnet synchronous generator using an integrated cascade boost converter and a three-phase line-commutated inverter. The firing angle of the line-commutated inverter is held constant at an appropriate value that provides a constant DC-link voltage, and only DC-link current is sensed for maximum power point tracking. For wide wind variation, maximum power from the permanent magnet synchronous generator is achieved using a simple load current (DC-link current) perturb and observe maximum power point tracking technique. This is obtained by varying the duty ratio of the integrated cascade boost converter with an adaptive incremental step that varies the load on the permanent magnet synchronous generator in accordance with changing wind. Experiments have been conducted on a 3-phase, 750-W, 500-rpm laboratory size permanent magnet synchronous generator. The operation and analysis of the proposed topology with a fixed firing angle for a line-commutated inverter is presented. The results obtained from MATLAB (The MathWorks, Natick, Massachusetts, USA) simulation are verified with experimental results, and a close correlation has been found, proving the efficacy of the system.     

风机中参数变化对变流器直流侧电容可靠性的影响分析

以风电机组功率变流器可靠性评估为背景,给出了一种直流侧电容的可靠性评估方法。基于电容的损耗计算方法,结合热网络结构,构建了直流侧电容的可靠性分析流程。综合考虑电容的可靠性影响因素,分析了环境温度、风速、电容等效串联电阻及热阻的变化对直流侧电容可靠性的影响。以某风电场2 MW双馈风电机组结合实际风速、气温数据为例进行验证,实例结果验证了理论分析的正确性。讨论了当风电变流器实际工作时,利用优化变流器直流侧设计或电容的散热环境等措施提高直流侧电容的可靠性,结果表明了所提方案的可行性。     

单周期控制在牵引传动系统拍频抑制中的应用

针对电气化铁路单相交流供电及列车网侧牵引变流器拓扑特点所引起的牵引电机拍频问题,首先分析了直流侧电压存在2倍电网频率脉动的特征,针对直流侧无LC滤波器的交-直-交电力牵引传动系统,揭示了当逆变器的工作频率接近2倍电网频率时电机拍频现象最为严重的原因。然后利用单周期控制在输入电压脉动时仍能满足伏秒平衡的原理,并结合间接转子磁场定向矢量控制,提出将单周期控制算法作为牵引逆变器的调制策略,实现牵引逆变器-电机系统的无拍频控制。最后,搭建基于OP5600/RT-LAB实时仿真器与DSP TMS320F2812控制器的牵引传动系统半实物实验平台,对传统空间矢量脉宽调制与单周期控制算法进行了半实物实验对比验证,结果表明单周期控制算法能有效地抑制电机的拍频现象。