开关升压变换器在光伏发电系统中应用的研究

传统逆变器为降压变换器,不适用于光伏发电系统等需要升压的环境,并且为避免短路,需要在同一桥臂加入死区信号,这将导致输出电流波形畸变,同时也限制了其电压利用率。该文为解决上述问题,改进传统变换器拓扑结构,提出一种输入电流连续型开关升压变换器拓扑结构并将其应用到光伏发电系统中。该拓扑为单级变换器,具有升压电路简单,输入电流连续,逆变侧上/下桥臂不需要添加死区时间,抗干扰能力强等优点,可很好的应用到光伏发电系统中。该文通过实验验证了该拓扑结构的准确性及应用到光伏发电系统的可行性。     

一种用于直流微电网的新型高增益DC-DC升压变换器北大核心CSCD

直流微电网需要DC-DC升压变换器提高输出电压,为分布式发电单元提供公共电压。文章对传统的升压变换器(Conventional Boost Converter,CBC)和二次升压变换器(Quadratic Boost Converter,QBC)进行改进,提出一种新型高增益DC-DC升压变换器。首先,介绍该新型变换器的拓扑结构与工作原理,并对电路参数进行了设计,分析了功率开关的电压应力;然后,从无源元件数量、开关器件间的电压应力等方面,将该变换器与其他拓扑结构进行对比,变换器仅用两个电感、两个电容和两个功率开关,实现电压增益和电流连续输入,且具有二次电压增益高和降低开关器件间电压应力的优点;最后,通过Matlab仿真模型和试验样机,验证了理论分析的正确性。     

基于开关电容的高增益双输入Boost变换器

在新能源发电系统中,现有的多输入直流变换器不能同时具有电路结构简单、磁元件少、电压增益高、开关器件电压应力低等优点。该文提出3种基于开关电容的单电感高增益双输入Boost变换器拓扑,详细分析更优拓扑的工作原理和开关电容的充放电特性,提出了能量管理控制方案。变换器能够根据新能源端口的供电变化和负载需求灵活地切换工作模式,适应于新能源随机性和间接性发电的特点,提高系统供电可靠性;开关电容在不同工作模式下均发挥升压作用使其具有高利用率。实验结果验证拓扑的可行性及其控制方案的正确性。     

串联型光伏中压直流变换器及控制策略

为满足大型光伏电站串联型光伏中压直流变换器的高升压比和宽输入、输出电压的需求,文章提出了一种新型隔离型buck-boost直流变换电路作为模块拓扑,通过调节占空比,实现直流变换模块升压和降压模式灵活地切换,从而提高变换器的电压运行范围。与常规隔离型buck-boost电路相比,文章拓扑中只有低压侧电路含有可控开关管,简化了拓扑控制,使拓扑更适用于中压场合。文章分析了新型直流变换拓扑工作原理,并推导了不同工况下拓扑的电压增益,提出了适应不同运行工况的变换器控制策略。根据文章策略开发了3 kV/90 kW直流变换模块和20 kV/500 kW串联型光伏直流变换器,测试结果证明设备能够稳定运行。     

非隔离储能型三端口开关升压变换器在光伏系统中应用的研究

提出一种非隔离型三端口开关升压变换器并将其应用到光伏发电系统中。该拓扑综合开关升压网络特性,通过控制3个自由度使端口间具有升压、降压、升降压特性,具有结构简单、体积较小和成本较低的优点。分析其拓扑在不同工作模式下的工作状态来实现系统的功率流动管理,阐述其控制策略来完成不同工作模式间的平滑切换,最后通过仿真和实验验证上述理论的正确性以及在光伏系统中应用的可行性。     

一种可应用于新能源发电系统的双绕组高效率高升压DC-DC变换器

为解决光伏发电等新能源发电技术输出的直流电压等级较低、不能满足并网电压要求的问题,提出一种可应用于新能源发电系统的双绕组高效率高升压DC-DC变换器。在传统Boost变换器的拓扑中融入开关电容结构与磁耦合升压技术,获得高电压增益,并降低开关管电压应力。拓扑的无源钳位结构有效解决了开关管电压尖峰过高的问题,提高了能量转换效率。详细研究了所提变换器工作原理后,对元件电流、电压应力以及变换器效率进行定量计算。于实验室搭建200 W样机验证所提变换器的可行性,实测变换器最大效率为97.5%。     

基于开关电容的双输入直流变换器

提出基于开关电容的双输入直流变换器拓扑。当可再生能源正常发电时,输入源串联供电,系统具有较高的可再生能源利用率;当可再生能源不能发电时,后备电源与可再生能源端口处的电容联合供电,可提高系统的容错性和灵活性。该拓扑利用开关电容升压,减小后备电源的额定电压等级,改善系统的动态性能,简化磁设计。基于变换器的工作原理及能量管理控制方案,分析开关电容的充放电特性并进行了充电损耗计算。实验结果验证拓扑的可行性及其控制方案的正确性。     

储能型开关升压光伏并网逆变器的研究

以光伏发电并网系统为研究对象,提出一种新型储能型开关升压并网变换器。通过建立小信号模型,对系统中的储能型开关升压网络进行分析,该系统共包含3个功率单元：光伏组件、储能型开关升压网络和并网逆变器。为最大程度地利用太阳电池能量,利用扰动观测法对最大功率点进行跟踪。同时建立能量管理策略,对3个功率单元的能量流动进行控制,可提高能量利用率、增强系统的稳定性。仿真和实验验证了该拓扑结构的优越性以及储能策略的可行性。     

一种级联Boost和Luo变换器的新型组合式单开关变换器

高增益DC-DC变换器正越来越多地应用于太阳能光伏或其他可再生能源发电系统.良好的稳态和动态性能以及更高的效率是为上述应用选取变换器的先决条件.为此设计并实现一种级联Boost和Luo变换器的新型组合式单开关升压DC-DC变换器.首先,详细阐述该新型组合式变换器的拓扑结构与工作原理;然后,将所提变换器与其他类似变换器在...     

新型高升压耦合电感DC-DC变换器

在光伏发电系统中，为实现高增益直流母线电压并网需求，提出一种新型高升压耦合电感DC-DC变换器。通过耦合电感匝比和开关占空比双重调节，提升变换器的高升压能力。利用无源钳位回路对开关器件实现电压钳制，通过耦合电感的漏感吸收开关器件开关瞬间的电流脉冲，有效减小开关器件开关损耗和脉冲冲击，提高了变换器使用寿命。开关管电压应力低、本征占空比小，开关损耗小，有利于提升变换器效率。对变换器工作原理和具体模态进行分析，推演了各器件应力和选型依据。结合仿真和实验对比，验证了新型高升压耦合电感DC-DC变换器的理论正确性。     

一种光伏发电系统的双扰动MPPT方法研究

针对一种开关电容(SC)的电路结构,在此基础上提出一种双扰动观察(PO)算法,形成双向互补控制的最大功率点跟踪(MPPT),通过不同收敛域的双扰动同时提高静态稳定特性和动态响应特性,其互补控制实现死区的自返回,利用Matlab仿真软件构建基于开关电容变换器的MPPT算法模型,模拟任意参数的光伏阵列,动态跟踪光照强度和环境温度的变化,通过光伏发电平台对该开关电容变换器的MPPT控制策略进行实验验证。仿真和实验结果表明:该方法能在一定范围内对太阳电池输出功率进行跟踪调节,可快速稳定地启动并减少误判,有效降低系统输出功率在最大功率点处的振荡现象,减小光伏组件的能量损耗。     

三相八开关的两级式T型光伏并网逆变器研究

介绍一种新型的非隔离两级式光伏并网系统,该系统由三电平升压型电路和三相八开关T型逆变拓扑构成。前级升压电路通过采用开关管移相180°的交错控制和调整开关管导通时间的策略,减小电感电流纹波,实现直流母线电容电压的平衡;后级逆变电路采用基于最优五段式的九矢量空间矢量脉宽调制算法,简化运算,减小开关损耗,提高直流母线电压利用率。最后,通过搭建12 kW的实验平台,验证所提控制方法的正确性和有效性。     

新型倍压-Z源逆变器

传统单级可升压逆变电路能够克服升压和逆变电路不兼容的缺点,但拓扑本身结构使该类电路升压能力受逆变电路调制因子M的限制,不能完美的发挥其优点。针对现有的技术缺陷,提出一种高电压增益的单级逆变电路,利用直流侧改良倍压单元和逆变侧直通状态,在直通占空比D较小时获得较大的电压增益。电容的缓冲作用能有效减小直流链电压的开关尖峰,逆变效果好,适用于光伏并网等升压要求较高的逆变场合。对变换器的工作状态进行描述,以此进行理论分析,并加以仿真验证,再和经典变换器的电路参数对比。继而搭建600 W实验样机,验证电路的可实现性,最终的实验结果验证了所提逆变器的可行性和正确性。     

基于开关电容的单相九电平升压逆变器

高电压增益已成为多电平逆变器接入低压光伏系统的重要特性。文章提出一种9阶开关电容升压式多电平逆变器(9-Level Switched Capacitor-Boost Multi-levle Inverter, 9L-SC-BMLI)。9L-SC-BMLI拓扑仅用12个功率器件和1个开关电容单元,便可实现9种不同的阶梯电压,并具有两倍的电压增益,无需任何辅助电路,浮动电容的电压即可保持自平衡。此外,所提拓扑具有开关器件少、电压应力低、无需H桥即可实现输出电压的双极性等特点。文章采用同相层叠脉宽调制技术(Phasedisposition Pulse Width Modulation Technique,PDPWM)对9L-SC-BMLI进行调制,并且提供了详细的实验分析。最后,通过在不同实验环境下的仿真和实验结果,验证了9L-SC-BMLI拓扑的可行性和理论分析的正确性。     

光伏系统中的新型高增益直流升压变换器

针对光伏系统中对电压增益高、电压应力小的高性能直流升压变换器的需求,研究了一种新型高增益变换器的拓扑结构。首先,阐述了该变换器的结构来源,介绍了该变换器的工作原理,再推导其电压增益、开关管和二极管的电压应力公式,展示了部分元器件的电压、电流波形,并对比研究了该变换器与一些同类型的变换器的部分参数,最终通过开环试验验证了该变换器的有效性。该变换器具有一定的推广应用价值。     

一种改进中点钳位型HERIC电路拓扑研究

在HERIC电路拓扑的基础上提出一种改进中点钳位型HERIC拓扑。该拓扑通过在光伏逆变器直流输入电容的中点与主电路桥臂之间加入2个开关管,将桥臂处2点电压有效钳位且电压值为输入端电容电压的一半,且共模电压保持不变,从而达到抑制漏电流目的。通过仿真和实验验证了所提出电路具有效率高、抑制能力好的特性。     

一种新型光伏逆变器的前馈功率预测控制

提出一种新型光伏逆变器拓扑结构,其由升压电路、三相四开关逆变单元组成,可有效提高光伏发电效率、降低光伏系统成本。针对该结构逆变器提出一种新型前馈功率预测控制策略,其通过将自然环境分区后排列,然后逐一对其历史光伏最大功率进行寻优,从而确定相应的前馈功率预测值。该方法具有计算量小、运算速度快、实现简单、控制精度高、可靠性强的显著优点,可省去传统逆变器控制的直流侧电压闭环,由逆变器本身完成光伏阵列的最大功率跟踪功能,从而提高系统响应速度与可靠性。仿真与实验结果验证了所提结构和控制方法的可行性及优越性。     

一种基于自适应爬山法的蓄电池充电控制器

基于升压型移相全桥ZVZCS DC/DC交换器构建了蓄电池充电器系统,同时采用一种自适应爬山法实现对太阳电池最大功率点的跟踪。在对主电路进行仿真分析的基础上,给出了具体电路和实际调试波形。对比仿真和实验结果,验证了基于软开关技术应用于光伏发电用DC/DC变换器中的可行性。     

一种应用于光伏系统的单级升压式无变压器型逆变器

文章提出了一种应用于光伏发电的新型升压式无变压器逆变器拓扑结构。该拓扑结构使用双载波同相层叠调制技术,可实现电压的高增益,仅使用较低占空比即可将低压直流侧电压并网。该拓扑输入负极与电网中性点共地,可将分布的杂散电容短路,完成无共模电流运行。同时,所提拓扑结构通过多单元整合实现了能量的单级传递,仅含6个功率开关管。文章详细分析了所提拓扑各功率元件的设计及主要工作模式。最后,通过一台120 W的试验样机,验证了所提拓扑的正确性和控制策略的有效性。     

适用于太阳电池的低应力高增益升压变换器

在太阳能开发利用过程中,升压变换器能实现较高升压比,但存在开关器件电压应力过高问题。为了降低开关器件电压应力,提出一种低应力高增益升压变换器基本结构,在提高电压增益的同时降低了电压应力。为了更好地适用于多种升压场合,将二次型升压网络、开关电感网络、开关电感电容网络和准Z源网络4种升压单元对其储能电感进行替换,得到一类低应力高增益升压变换器,分析了利用准Z源网络替代的高增益升压变换器工作特性,并与同类型变换器进行对比分析。最后,利用Matlab/Simulink仿真软件和实验样机验证了所提变换器理论分析的正确性和可行性。