基于惯性能量控制的级联H桥光伏发电系统

提出了一种新型级联H桥光伏组件结构,集成了光伏组件、Boost/Buck电路、超级电容和链式H桥电路。分析了超级电容充放电范围并计算其惯性能量大小,然后提出了级联H桥光伏组件控制策略。在EMTP中搭建12H桥级联仿真模型,验证级联H桥全链、缺链运行情况和直流侧电压惯量支撑。最后实验验证新型级联H桥光伏组件具有惯性能量支撑作用,对提高光伏发电电网友好性具有现实意义。     

单相级联H桥光伏并网逆变器控制策略综述

为提高光伏发电效率以及减小其体积，分析了级联H桥拓扑结构具有开关器件应力小、输出电压质量高及滤波器体积小等优点。由于其直流侧可由一块光伏组件单独供电，可对每个光伏模块进行最大功率点跟踪，进而越来越多地运用于光伏并网系统来提高系统的发电效率。根据控制策略中功率控制方法的不同，可将级联H桥光伏并网逆变器控制策略分为功率均衡控制和功率不均衡控制。分别对两种方法及优缺点进行了介绍，并结合当今级联H桥光伏并网逆变器的不足对未来发展进行展望。     

级联H桥光伏逆变器倒置去耦MPPT控制设计

级联H桥多电平逆变器可以实现光伏阵列在非均匀照射下,各个光伏组件的输出电压单独被控制并实现最大功率点跟踪(MPPT)。为进一步深入研究,此处提出了一种级联H桥光伏逆变器的倒置去耦MPPT控制方案,首先使用具有占空比前馈补偿的比例积分(PI)电流控制器实现单位功率因数,同时借助直流电压控制器实现每个光伏组件的MPPT,并在此基础上提出一种双输入双输出系统的倒置去耦环路增益设计方法,从而有效地将两个H桥环路的相互影响降到最低,最终借助仿真和样机实验的手段对该方案进行了验证。实验结果表明该级联H桥光伏逆变器系统可以在实现单位功率因数的前提下,实现每个光伏组件的MPPT,并且两个H桥环路相互不影响。     

10kV链式STATCOM的研究与设计

针对高压10kV供电系统,详细介绍了链式静止同步补偿器(STATCOM)装置结构,该装置采用级联H桥逆变器模块作为主拓扑,该结构具有逆变器输出电压等级高且谐波含量少等优点。同时设计了级联H桥逆变单元参数,采用单极倍频CPS-SPWM调制技术,控制各开关器件的脉冲,实现对链式多电平STATCOM装置的控制。最后,搭建STATCOM实验样机,试验证明文章所述理论的有效性、正确性和优越性。     

一种级联H桥光伏并网逆变器控制策略

级联H桥(CHB)光伏逆变器应用了典型的多电平技术,具有输出电流谐波含量低、效率高及易于模块化等优点。但与传统逆变器不同,CHB光伏逆变器需要同时实现对每个H桥模块直流侧电容电压的独立控制,以保证直流侧的光伏组件都工作在最大功率点。为此,提出一种基于d,q坐标系的单相CHB光伏逆变器控制策略,不仅能实现每个H桥模块直流侧电容电压独立控制,而且可实现电网电流的单位功率因数控制。实验结果验证了所提控制策略的有效性。     

一种改进型级联H桥光伏逆变器混合调制策略

提出一种级联H桥(CHB)光伏逆变器改进混合调制策略,当H桥单元直流侧电压与光伏电池板最大功率点电压误差较小时,该单元不参与充放电仅输出零状态,在保证系统稳定运行范围的同时抑制了直流侧电容电压波动。与传统混合调制策略相比,该调制策略可有效抑制直流侧电容电压波动,从而提高光伏组件发电量。最后,实验结果验证了所提混合调制策略的有效性。     

扩大级联光伏逆变器运行范围的谐波补偿控制

随着户用型光伏产业的不断发展,级联H桥CHB（cascaded H-bridge）逆变器因其模块化的结构,能实现组件级关断、组件级最大功率点跟踪MPPT（maximum power point tracking）和多电平输出等优势,受到了户用型光伏研究领域的关注。但由于实际光伏组件会老化或被遮挡,各单元输出功率不再相同,部分模块会出现过调制问题,影响了并网电流质量,甚至难以维持系统稳定。针对此问题,提出一种谐波补偿的控制策略,并设计补偿谐波的分配方法。对比现有方法,所提方法能进一步扩大CHB逆变器运行范围,且在不损失系统发电量的条件下仍运行于单位功率因数,还能保证并网电流的THD要求。最后通过仿真和实验验证了所提方法的有效性。     

一种三相级联H桥光伏并网系统参与电网频率支撑的控制策略

光伏发电具有清洁、安全等特点，是解决能源危机和环境污染的有效途径。然而，光伏并网逆变器不具有转动惯量和阻尼，随着光伏发电在电网中的渗透率不断提高，大规模光伏并网对电网的频率稳定提出了挑战。级联H桥逆变器因具有模块化结构、无需工频变压器等优点，在光伏发电领域具有广阔的应用前景。针对三相级联H桥光伏并网系统，提出了一种具有支撑电网频率功能的逆变器控制策略，利用各光伏组串的有功功率储备，在不增加储能装置的情况下，实现了对电网频率动态特性的改善。针对级联H桥拓扑常见的相间功率不平衡问题，利用提出的储备功率在各相间和相内各模块间的分配方法，可实现对各光伏组串输出功率的平衡控制，最大限度保证了相间和相内各模块间的功率平衡，从而保证了系统三相电流的平衡输出，并降低了H桥模块过调制的风险。最后，在Matlab/Simulink中搭建了仿真模型和10kW模拟实验平台，通过仿真和实验对提出的控制策略的有效性进行了验证。     

基于MMC的光伏并网逆变器子模块电压控制

模块化多电平换流器具有易级联扩展的优点,在其主电路结构中,对每个子模块电容并联一光伏组件可以有效地提高光伏并网系统的光能利用率。由于光伏组件易受光照环境影响,局部阴影会导致各组件的最大功率点电压不一致。针对此问题,提出模块电容电压与调制波信号实时解耦的子模块独立控制方法,实现每个子模块电容电压分别稳定在各自所并联光伏组件的最大功率点电压,提高了太阳能的利用率。同时设计桥臂能量控制,保证桥臂间能量不平衡时系统的正常并网运行。最后通过实验平台验证了该方法的可行性。     

兆瓦级宽频带阻抗测量装置设计及其控制方法

为了测量新能源发电基地内大型光伏、风力等新能源发电装备的频域阻抗特性,提出了一种兆瓦级宽频带阻抗测量装置设计及其控制方法,该测量装置可接入35kV待测新能源并网发电系统,测量频宽为10Hz~1kHz。首先分析了阻抗测量的基本原理并推导了待测系统在dq坐标系下的阻抗矩阵计算公式;然后介绍了所提阻抗测量装置的总体设计方案,并重点分析了电压扰动注入单元各部分的设计,包括功率子模块设计、LC输出滤波器设计和耦合变压器设计;电压扰动注入单元采用多功率子模块级联的结构,各功率子模块由三相不可控制整流、高频隔离DC/DC变换器和单相H桥模块先后串联构成;根据兆瓦级宽频带阻抗测量装置高压大容量和宽频带输出的要求,针对电压扰动注入单元提出了一种级联H桥模块调制比固定,通过实时调整高频隔离DC/DC变换器的输出电压来控制扰动注入单元输出电压幅值的控制方法,该方法输出电压畸变率低且控制简单可靠。最后,Psim仿真验证了所提阻抗测量装置设计和控制方法的有效性。     

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。     

载波移相调制技术在级联H桥STATCOM中应用

从载波移相(CPS)的原理出发,详细介绍了一种调制波反向的单极倍频CPS脉宽调制(PWM)技术在级联H桥静止同步补偿器(STATCOM)中的应用。基于H桥单元及级联H桥拓扑,详细分析了一个周期内H桥功率单元各个IGBT器件的开关状态、三电平端口输出电压波形及实际的功率流状态,两个H桥单元的级联情况下的叠波状态及五电平端口输出电压波形。并利用Matlab仿真软件对单H桥单元三电平端口输出电压及频谱进行分析验证,还对级联H桥拓扑的五电平端口输出电压及频谱进行分析验证。通过搭建试验平台,对单模块的三电平及级联模块的五电平进行测试,理论分析和仿真验证及测试试验均说明调制波反向的单极倍频CPS-PWM技术在级联H桥STATCOM中应用的正确性及优越性。     

基于电流前馈控制的小电容链式储能系统

级联H桥链式结构可有效解决中低压储能系统运行和管理问题,而链式储能系统各子模块输出功率含有低频波动电压,因此工程上多采用大电容以降低电容波动电压,避免设备过电压.本文提出了一种适用于具有双向DC-DC链式储能系统的电流前馈控制法,通过前级DC-DC变换器产生二倍频波动功率输出,降低链式结构模块电容二倍频功率分量,从而可减少直流电容电压波动,大幅降低电容容值.本文详述了电流前馈控制实现机理,并通过实验有效验证了所提方法的有效性.     

基于多功能有源滤波器光伏发电系统LVRT控制策略研究

本文基于三相级联H桥提出一种多功能柔性限流器,不仅解决光伏发电系统的低电压穿越问题(Low voltage ride through,LVRT),而且正常运行状态下亦可降低光伏发电系统并网谐波含量.该柔性限流器与光伏发电系统并联,并通过H桥级联方式降低其开关电压降落.当系统正常运行时,级联H桥整流器基于模型预测控制,以光伏发电系统并网点输出标准电流为其控制目标,进而实现并网电流的谐波动态补偿;当电网电压跌落时,Boost变换器依据系统电压跌落比,通过自适应非最大功率跟踪(adaptive non-maxi-mum power point tracking,Non-MPPT)方式降低光伏阵列输出功率,保证并网逆变器交、直两侧功率的平衡.与此同时级联H桥则依据电网电压跌落程度向电网注入一定的无功功率来支撑电网电压,提高光伏发电系统动态恢复水平.最后通过MATLAB/Simulink仿真系统,验证所提控制策略的正确性与有效性.     

±10 Mvar/10 kV静止无功发生器链节的研究

目前,静止无功发生器(SVG)已广泛应用于风力发电、太阳能发电等新能源发电领域。根据某公司自主研制的±10 Mvar/10 kV链式SVG,其拓扑结构为H桥级联,每相由12个链节(H桥)串联而成。详细介绍了H桥级联SVG链节的研究与功能验证。通过链节的对冲试验及其结果,验证了链节的功能和对冲试验控制策略的效果,使得链节的设计符合《链式静止同步补偿器》技术标准的要求(1.1倍过载时,能够连续运行),从而确保±10 Mvar/10 kV SVG能在工程现场正常、稳定地运行。     

级联H桥光伏并网逆变器混合调制策略

单相级联H桥光伏并网逆变器具有模块化易拓展、输出电流谐波低等优势。但H桥模块的直流侧光伏电池板由于环境因素导致其输出功率不平衡,甚至一路或多路H桥的功率降为0,使得该模块成为虚设单元,影响了系统的稳定运行和冗余能力。因此提出一种改进的"方波+脉冲宽度调制+排序算法"的混合调制策略,利用低频方波调制从根本上扩大系统的稳定工作范围并配合高频脉冲宽度调制减小输出波形的谐波分量。同时对直流侧电压误差进行排序控制实现最大功率点跟踪,并在此基础上从有功功率角度分析了系统的稳定工作条件。所提出的混合调制控制策略结构简单、容错性强,能够实现对虚设单元的稳定控制以及正常模块的独立最大功率点跟踪性能。最后通过仿真和实验验证了所提混合控制方案的正确性。     

基于STM32分布控制的级联H桥STATCOM设计

针对目前级联H桥STATCOM存在的结构的冗余度较低;采用IGBT时成本较高;控制系统与触发系统的电源较为复杂;系统信息传递由于隔离的需要,必须选用光纤通信,研究并设计了一款基于STM32分布控制的级联H桥STATCOM装置。文中介绍了该装置基本拓扑结构与控制系统的实现原理;采用低次谐波最小法原则计算出每个H桥中MOSFET的开通关断时间,实现拟合正弦波输出。分布控制部分由STM32系列芯片作为控制芯片,控制各H桥的触发、信息采集并将信息传递给作为主机的DSP芯片;在EMTP电力系统电磁暂态分析仿真软件中搭建了12H桥级联的仿真模型,仿真结果表明了设计的正确性和可靠性。另外,还设计了12H桥级联STATCOM的实验装置,该装置实现了设计功能,验证了文章内容的可行性。     

光伏并网级联H桥逆变器的无源控制

光伏并网级联H桥逆变器是典型的多变量、强耦合的非线性系统。针对目前采用线性控制简化或忽略了系统非线性特性这一问题,采用了一种本质上的非线性无源控制方法。首先,建立了逆变单元及并网级联H桥逆变器的数学模型;其次,建立了系统Euler-Lagrange模型,并对其无源性进行了分析;最后,完成了无源控制律的设计与仿真分析,其结果表明该方法在光伏并网级联H桥逆变器中表现出良好的控制效果。     

级联H桥电池储能系统的小容量等值设计

建立小容量级联H桥电池储能系统可以较硬件在环仿真更加有效验证控制系统设计和控制算法的正确性。对包含子模块LC滤波器的级联H桥电池储能系统进行建模,得到一种小容量等值设计方法。仿真结果证明,提出的小容量等值设计能满足电流动态响应特性,并且滤波器电容电压、电池电流二倍频波动占比与大容量系统相近。仿真结果验证了小容量等值设计能使系统稳定,且能正确反映大容量系统的目标特性。     

基于STM32的H桥级联多电平逆变器

研究并设计了一款H桥级联多电平逆变器。介绍了所提基于STM32的H桥级联多电平逆变器的基本拓扑结构和控制系统的实现原理。对该逆变器调制原理和控制策略进行研究并阐述,采用多重叠加法计算出每个H桥中电力场效应管的开通关断时间,实现拟合正弦波输出,阶梯波调制时,开关器件工作在基频状态,损耗小。此外,装置冗余度较高。在EMTP电力系统电磁暂态分析仿真软件中搭建了仿真模型,结果显示,装置可稳定运行在12H桥级联状态及N-1,N-2状态下。还设计了12H桥级联多电平逆变器的实验装置,验证了所提内容的可行性。