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。     

两级式单相逆变器二次纹波电流的抑制与动态特性的改善

两级式单相逆变器的瞬时输出功率以两倍输出频率脉动,使得前级DC-DC变换器和输入源产生二次纹波电流。前级DC-DC变换器采用电压电流双闭环控制能有效抑制二次纹波电流,但要求电压外环的截止频率很低,这将导致负载跳变时系统动态特性较差。从阻抗的角度出发,分析电感电流内环抑制前级DC-DC变换器和输入源中二次纹波电流的机理;提出在前级DC-DC变换器中引入含有两倍输出电压频率陷波器的负载电流前馈,该方法可在不增大二次纹波电流的情况下,显著改善负载跳变时的动态特性;最后,通过实验结果证明所提出的控制策略的有效性。     

基于虚拟阻抗的两级式逆变器二次纹波电流传播特性及抑制策略

两级式单相逆变器的输出瞬时功率包含2倍于输出电压频率的脉动功率,致使前级DC/DC变换器的输入存在二次纹波电流。前级DC/DC变换器控制环路的优化是解决该问题有效且低成本的方法。通过环路等效,给出了单环控制以及双环控制的等效电路模型,基于虚拟阻抗的概念分析了电压外环以及电流内环在二次纹波电流传递过程中的作用。在此基础之上,解释并归纳了现有控制策略的抑制原理,指出其中存在的局限性,并给出了2种优化方案。最后,构建了1.5 kVA两级式单相逆变器原理样机进行了仿真及试验验证,验证了分析方法的可行性以及控制策略优化的有效性。     

单相全桥离网逆变器输出侧功率解耦电路研究

单相逆变器输入电流低频纹波抑制是燃料电池及光伏电池发电系统亟需解决的问题.本文深入研究单相全桥离网逆变器输出侧功率解耦电路拓扑及其输入电流低频纹波抑制策略,给出控制参数、关键电路参数设计准则和实验波形.该电路拓扑中有源功率解耦电路位于全桥逆变器输出侧,与全桥逆变器共用输出滤波电感与电容,通过在输出滤波电容上叠加直流电压和低频偶次谐波电压实现逆变器功率解耦,使逆变器输出侧低频脉动功率在输出滤波电容与负载之间传递,阻断其向直流侧传递的路径.理论和实验结果验证了这种方法的有效性和可行性.     

两级式逆变器母线电压二次纹波分析及抑制

针对前级采用Boost电路、后级采用单相全桥逆变电路的两级式逆变器,研究基于传统电压外环电流内环控制改进的方法,以解决抑制中间母线电压低频纹波的问题。由于输入功率是直流量,输出的瞬时功率中除了有直流分量外,还含有2倍于工频的脉动分量,导致输入输出功率不平衡,从而使中间母线电压含有二次低频电压纹波。该低频电压纹波会引起母线电容发热从而危及母线电容的运行寿命,会导致逆变输出电压波形出现削顶而产生畸变,还会影响系统的动态性能。为了解决母线电压低频纹波所带来的问题,提出了一种将输出功率前馈到前级直流变换器以实现母线电压低频纹波抑制的方法。仿真和实验结果验证了该控制方法的正确性和有效性,母线电压低频纹波得到很好的抑制。     

两级式逆变器中前级直流变换器的控制方法

兼顾二次谐波电流抑制和动态性能改善是两级式逆变器中前级直流变换器的基本控制目标。该文从阻抗的观点出发,指出使前级直流变换器的闭环输出阻抗在二倍输出电压频率处呈现高阻抗,而在非二倍输出电压频率处呈现低阻抗是实现此控制目标的基本方法。采用与前级直流变换器的输出阻抗串联虚拟阻抗,并同时与中间母线电容并联虚拟阻抗的方法,实现了所提出的基本方法,并以Buck类的前级直流变换器为例,给出实现虚拟串联阻抗和虚拟并联阻抗的控制框图。通过对该控制框图进行等效变换,可推导得到现有文献中已提出的二次谐波电流抑制方法。最后,研制一台1 k VA原理样机,并通过理论分析和实验验证对这些不同控制方法的二次谐波电流抑制效果及对系统动态性能的改善作用进行对比。实验结果证明了理论分析的正确性。     

具有功率解耦功能的反激式逆变器的研究

在光伏发电系统中,受电网的影响,逆变器的瞬时输入功率与瞬时输出功率不平衡,在逆变器的输入侧产生了二次功率扰动。文中提出了一种带有薄膜电容的新型功率解耦结构。使其并联在反激式逆变器的输入侧,通过薄膜电容的充放电,使二次功率扰动转移到薄膜电容之中。薄膜电容具有容值小,体积小,寿命长等诸多优点,可以代替传统的体积大、寿命短的电解电容,在滤除二次功率扰动的同时延长系统的寿命。最后通过Psim仿真和实验验证了其可行性。     

基于虚拟阻抗且提高系统带宽的抑制两级式逆变器中二次谐波电流的控制策略

两级式单相逆变器的瞬时输出功率中存在脉动功率,使得前级直流变换器中产生二次谐波电流。为了减小该二次谐波电流,本文提出了基于虚拟阻抗的二次谐波电流抑制方法,并针对虚拟阻抗为电阻的情形,给出了一种闭环参数的设计方法。为了提高带宽,提出一种带有带通滤波器电感电流反馈的二次谐波电流抑制方法,并在带通滤波器中加入阻尼电阻,使得该种控制方法不仅能显著减小前级直流变换器中的二次谐波电流,还能改善变换器的动态特性,并保证系统稳定工作。最后,研制了一台1kV·A原理样机并进行了实验验证,实验结果证明了所提出控制策略的有效性。     

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。     

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.     

单相准Z源逆变器二倍频纹波的抑制及应力分析

单相准Z源逆变器(Quasi-Z-Source Inverter,QZSI)可在单级系统中实现DC-DC与DC-AC变换,但其直流侧含有二倍频纹波,在应用中受到限制。讨论基于有源功率解耦的单相QZSI二倍频纹波抑制方法,针对逆变器有输出无功的情况,提出逆变器功率因数角在[-π/2,π/2]内变化时桥臂的电压、电流应力分析和推导方法。基于电压应力最小原则,给出新增回路交流解耦电容取值及其电压参考值的整定方法,并设计闭环控制策略。最后,通过仿真及实验结果验证相关理论的正确性和有效性。     

基于复合电流调节的单相LCL并网逆变器控制方法

为了抑制并网逆变器LCL滤波器的谐振,减小双模式变流器因采用较大的输出滤波电容造成的基波电流跟踪误差和网侧电流畸变,提出了一种新型的加权电流控制方法用于单相微电网变流器的控制。首先,在虚拟坐标系下用比例积分谐振控制器提高加权电流的控制精度和动态响应。其次,考虑到传统的加权平均电流的控制不直接控制电网电流以及电网电流和加权平均电流之间的误差,提出了一种改进的电流前馈方法。该方法通过检测输出电流和网侧电流的低频误差构造出一个电流前馈项,从而有效地抑制了网侧电流控制的误差。仿真和实验验证了该控制方法的有效性。     

HERIC单相光伏并网逆变器无功调制及其直接功率控制

随着可再生能源在单相电网中渗透率的提高,电网对单相光伏并网逆变器提出了无功输出与功率因数灵活控制的要求。对HERIC(Highly Efficient and Reliable Inverter Concept)拓扑的无变压器隔离型单相光伏逆变器进行研究,提出了相应的无功调制策略。借助广义二阶积分构造两相静止坐标系,基于瞬时无功功率理论,建立了单相光伏逆变器的瞬时功率模型,实现了单相光伏逆变器的直接功率控制。搭建了5 k W的实验平台,通过实验对所提的调制策略与控制策略进行了有效性与实用性验证。     

基于坐标变换的单相逆变电源并网控制方法

传统三相逆变电源并网电流控制通常采用基于同步旋转坐标变换的PI控制实现无静差电流调节。然而,该方法不能直接应用于单相系统。通过构造虚拟正交分量,然后通过Park变换实现坐标变换,将单相交流量转换为直流量,进而通过PI控制实现无静差并网电流调节。文中分析了其工作原理,设计了电网电压同步数字锁相方案。最后进行了数字化控制并网实验。实验结果表明,提出的方法具有电流控制精度高、单位功率因数并网发电等优点,具有一定的实用价值。     

低输入电流纹波大升压比差动Boost型逆变器研究

为减少功率变换级数以及低频纹波对输入直流电源的影响,具有大升压能力和低输入纹波的单相逆变器具有重要的研究意义。深入研究了大升压比差动Boost逆变器电路拓扑、纹波抑制策略、电流纹波回路、输入电流反馈和输出电压复合控制策略。在传统波形控制基础上,通过输入电流反馈在输出滤波电容上叠加低频偶次电压,进一步减小输入电流中相应偶次谐波分量,使逆变器输出侧低频脉动功率在输出滤波电容与负载之间传递,阻断其向输入源传递;采用前馈与比例积分控制策略提高输出电压质量和输入电流质量。不同负载下的实验结果验证了此变换器的可行性。     

单相三电平并网逆变器多状态模型预测控制研究

单相三电平逆变系统中,传统有限控制集模型预测控制在较低的采样频率下无法保证输出电能质量.针对这一问题,提出一种多状态虚拟矢量模型预测控制方法.在单个控制周期内,输出多个开关状态,以提高并网电流的电能质量.建立了逆变器预测模型,根据预测矢量初步筛选一组开关状态,每个开关状态的作用时间由所设计的电流代价函数确定.为有效平衡...     

逆变器侧电流反馈的LCL型三相光伏并网逆变器解耦控制

为了实现LCL型三相光伏并网逆变器dq轴的解耦控制,同时提高系统的动态响应速度,在同步旋转坐标系下,提出一种适用于逆变器侧电流反馈的前馈解耦控制策略。并在电压外环中引入光伏阵列功率前馈、电流内环中引入电网电压前馈。视各耦合项为扰动,采用闭环传递函数的求解方法以获取实现解耦控制的前馈系数,同时分析了滤波器参数在发生变化时其对dq轴解耦效果的影响。通过Matlab建立系统仿真模型,仿真结果表明:所提解耦控制策略使LCL型三相光伏并网逆变器不仅实现了dq轴的解耦控制,而且在保证强鲁棒性及高入网电流质量条件下具有良好的动、静态性能。     

单相五电平整流器无延时功率观测控制方法

为提升单相五电平整流器的控制性能,研究了一种基于无延时功率观测器的双闭环综合控制方法。 该方法通过提出一 种虚拟电流信号重构算法并结合改进广义积分算法构建了无延时功率观测器,将其应用到整流器内环的模型预测功率控制当 中实时观测所需功率,同时电压外环采用线性自抗扰控制代替传统比例积分算法。 实验结果表明,该控制方法在功率突变后重 新跟踪给定值所需时间缩短了 5~ 7 ms,在电网电压跌落和负载扰动工况下使直流侧电压波动分别降低 4. 4%和 4. 8%。 相较于 传统方法,本文方法不仅降低了整流器的启动超调、提升了内环模型预测功率控制的动态性能,而且有效增强了电压外环的抗 干扰能力。     

单相逆变器低频脉动电流抑制机理分析与方法综述

首先详细分析了低频脉动电流抑制机理,然后以两级式逆变器为例,基于直流电源输入端、前级DC/DC变换器、直流母线电容支路和后级逆变器4个位置详述了现有的低频脉动电流抑制方法 ,主要包括控制策略和拓扑优化。总结阐述了单相逆变器低频脉动电流抑制方法的基本思想,分析讨论了现有方法的技术原理和优缺点。通过对比分析现有低频脉动电流抑制方法的特点,为后续研究点明了方向,并以新型Boost逆变器为例,实验验证了新型控制策略对输入低频脉动电流的抑制效果。     

A new structure of single-phase two-stage hybrid transformerless multilevel PV inverter

Transformerless inverters are becoming popular for grid-connected photovoltaic applications due to their simplicity, reduced size, weight, cost, and higher efficiency. In this paper, a two-stage hybrid transformerless multilevel inverter (MLI) for single-phase grid-connected photovoltaic power generation system (PVPGS) is presented. The proposed topology comprises a multilevel boost converter (MLBC) and a symmetrical hybrid MLI. MLBC combines the boosting and switched capacitor voltage functions to produce self-balanced multiple voltage levels. The proposed MLI is derived from a combination of bidirectional switches, a half bridge, and a diode-clamped branch, which can produce only two variations in the total common mode voltage and is capable of suppressing leakage current as per DIN VDE 0126-1-1 grid standards. It offers the advantages of scalability, reactive power capability, reduced total harmonic distortion, and filter size. The proposed hybrid transformerless seven-level inverter is simulated in MATLAB, and experimental setup is built to validate the effectiveness of the proposed configuration. Finally, a comprehensive comparison is made with other seven-level inverter topologies.