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.     

计及脉冲分配的不对称型电流源逆变器直流侧纹波电流抑制EI北大核心CSCD

单相电流源逆变器输出功率含有二倍频分量,使得直流侧功率存在二倍频波动,如果采用较小的储能电感,会产生较大的电感电流低频纹波,增大电感损耗,同时也不利于逆变器输出滤波电路的优化设计。针对这种情况,该文通过分析所设计的不对称型单相七电平电流源逆变器各电感电流在输出侧的功率分配情况,提出一种计及脉冲分配的功率前馈控制策略。仿真和实验结果表明,在满足储能电感轻量化的前提下,所提控制策略能够有效抑制电感电流低频纹波,减小输出电流低次谐波含量,验证所提逆变器和控制策略的正确性。     

多端口分布式新能源输入低频电流纹波抑制

为实现对分布式新能源输入低频电流纹波的有效抑制,提出了一种应用于分布式新能源发电的多端口两级式DC/AC逆变器及其控制方法,其中输入直流源提供负载功率所需的直流分量,第三端口提供负载交流功率纹波。详细分析了所提三端口两级式逆变器的拓扑结构及其工作模式,讨论了为实现输入低频电流纹波抑制所需的电路关键参数计算方法及系统控制策略。最后通过搭建的95 W原理样机对所提拓扑及其低频电流纹波抑制策略开展了实验验证,实验结果证明该拓扑能够在实现纹波消除的同时获得高质量的输出波形。     

一种低输入电流纹波单相全桥逆变器研究

深入研究了低输入电流纹波的单相全桥逆变器电路结构及控制策略,给出了实验波形。该电路结构中有源直流滤波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,通过在两个输出滤波电容上叠加相同的基波电压来平衡负载上的脉动功率,从而减小输入电流低频纹波,使逆变器输出侧两倍输出频率的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,缩短低频电流纹波的传输路径。实验结果验证了这种方法的有效性和可行性。     

新型单相光伏并网逆变器共模电流抑制研究

针对现有非隔离单相光伏并网逆变器拓扑共模电流大、效率低等问题,提出一种新型非隔离单相光伏并网逆变器拓扑,该拓扑在单相全桥逆变器的基础上增加2个续流二极管,并将交流侧滤波电感移至逆变器下桥臂,使得开关周期内共模电压保持恒定,有效抑制了共模电流;同时高频开关管使用MOSFET,工频开关管使用IGBT,且避免引入额外的开关管,系统整体损耗降低.通过对3 kW系统的仿真和实验,验证了新型拓扑抑制共模电流的效果.     

直流微电网中双向储能变换器的二次纹波电流抑制与不均衡控制策略

交流负载大规模接入直流微电网会通过逆变器引入大量的2次纹波电流到直流母线上,进而通过双向储能变换器传导至储能系统侧,严重影响储能电池和电力电子器件的寿命。提出一种直流微电网中双向储能变换器的2次纹波电流抑制与不均衡控制策略,通过带通滤波器(band pass filter,BPF)在2倍基频处引入虚拟阻抗,以改善对2次纹波电流的不均衡控制;由于增加了双向储能变换器在2倍基频处的等效输出阻抗,2次纹波电流将大部分从滤波电容回流,使得2次纹波电流不能或者很少一部分可以传导至储能系统侧,可以有效避免2次纹波电流对储能电池的不利影响。仿真与实验结果都表明了该控制策略的有效性和合理性。     

一种中点共模注入功率解耦电路

单相逆变器在许多领域有着广泛的应用,但存在固有的二倍频问题,二倍频波动易造成系统不稳定。文中提出一种中点共模注入功率解耦电路,该拓扑优点在于无需额外开关器件,仅利用H桥逆变器两侧原有支撑电容和滤波电容,即可缓冲二倍频功率。整个解耦控制算法简单,易于在单相差分逆变器中实现。另一个特点在于该拓扑仅利用交流侧滤波电容和直流侧支撑电容中点相连构造半桥型差分逆变器结构,交流侧电容能正负运行,同时减小了解耦电容耐压值。半桥结构不仅提高了电容利用率,在电容的选择上也促进了功率密度提高。仿真和实验结果进一步证明该方法有效的抑制直流侧二倍纹波脉动,同时数据证明该拓扑解耦后能有效的提高系统效率。     

基于直流侧储能电感电流最优给定的三相电流源型逆变器控制策略

传统三相电流源型逆变器在空间矢量调制过程中,直流侧储能电感电流在一个载波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。首先对传统三相电流源型逆变器直流侧拓扑做出改进,深入分析调制过程中电流源型逆变器的三种工作模式,提出任意工作条件下储能电感电流最优给定值的计算方法,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。然后,建立两相旋转坐标系下三相电流源型逆变器的交流侧数学模型,据此设计电压内环与电流外环闭环控制系统。仿真和实验结果表明,直流储能电感的最优给定电流能够满足交流侧的电流需求且电流可以维持在限定值附近,同时逆变器负载电流能够精确跟随给定,系统具有良好的稳态和动态性能,证明了所提调制及控制策略的可行性与正确性。     

在单相高频整流器中抑制直流纹波电流的控制方法研究

在直流侧无电解电容的情况下,单相整流系统二倍交流频率脉动的输入瞬时功率会在输出直流端产生二倍频的纹波电流,危害直流侧的设备。在单相高频整流器中分裂交流滤波元件构成单相差分输入高频整流电路,本文针对此电路拓扑,通过对比控制电压、控制电流2种模式下的波形控制方法,分析2种模式下控制方法的优缺点,提出了一种最优的控制电压模式波形控制方法,该方法不仅能实现单位功率因数、抑制直流电流纹波,而且具有有效降低变换器内部的循环流动能量、不引入其他谐波等优点。本文对波形控制方法进行了详细的理论分析,并通过仿真验证了所提出控制策略的有效性。该方法可以推广至无电解电容电力变换相关的应用。     

一种基于Buck/Boost电路的新型微逆变器功率解耦电路

针对微逆变器中存在的二次功率扰动问题,提出了一种新型四开关功率解耦电路。详细分析了基于Buck/Boost电路的新型功率解耦电路的4种工作模式,推导了采用脉冲能量调制控制策略原理,并对电路关键参数进行设计。该电路并联在逆变器交流输出侧,不仅能够明显抑制母线电压和直流输入侧电流中的二次纹波,而且可以将大电解电容替换成小容量长寿命的薄膜电容。最后,仿真实验验证了该拓扑的有效性和合理性。     

馈能型电子负载的并网控制

分析了单相馈能型电子负载的原理,主电路采用DC/DC/AC结构,DC/DC变换器采用平均电流模式下的双闭环控制,详细分析了逆变交流侧并网控制方法。基于内模控制原理,逆变器采用零误差电流跟踪并网控制方法,与普通PI控制方法相比,采用该方法后,工频条件下输出电流可以零误差地跟踪给定电流,基本不受电网电压的影响。仿真结果表明,该控制方法可以使逆变器输出电流的相位和频率无误差地跟踪电网电压的相位和频率,逆变电流为正弦,功率因数为1,可以连续调节模拟负载,并且有较好的瞬时响应。     

直流电压含二次纹波条件下并网逆变器输出谐波抑制

单相并网逆变器及电网电压不对称情况下的三相并网逆变器,直流母线电压均含有明显的二倍工频纹波分量。受该纹波分量影响,逆变器交流侧输出含有明显的三次谐波,影响逆变器输出电能质量。针对上述问题,利用双重傅里叶变换和开关函数法对并网逆变器的输出谐波特性进行了分析,在此基础上提出了抑制单相和三相逆变器输出三次谐波的改进脉宽调制方法。该方法根据直流母线电压修正调制波,无需提取直流母线电压纹波分量信息,算法复杂度低,易于实现。通过开关函数法详细证明了新型调制方法的可行性,给出了基于该调制方法的单相及三相光伏逆变器的控制策略。仿真验证了所提调制方法可显著降低直流母线电压含二次纹波条件下并网逆变器的输出三次谐波成分。     

低输入电压高效率并网微逆变器的研究

针对单个光伏电池输出电压较低这一问题,提出了一种低输入电压、高效率的单相两级光伏并网微逆变器拓扑。该拓扑前级采用一种高效率的高增益DC/DC结构,实现了软开关技术;后级为全桥逆变结构,采用单电感滤波,应用软件锁相和重复控制电流内环、电压外环等软件控制方法实现逆变并网。研制了一台额定功率为300 W的单相光伏并网微逆变器。经测试,该逆变器满载时并网电流总谐波含量(THD)为1.3%,效率为93.6%,验证了所提拓扑的可行性与有效性。     

基于准Z源有源功率解耦的改进调制策略

为了抑制直流侧存在的二倍工频(2ω)脉动,传统单相准Z源通常需要设计庞大的准Z源阻抗网络,针对此问题,研究一种基于准Z源的有源功率解耦方法来抑制其二倍工频脉动。首先,通过状态空间平均法建立了有源功率解耦型准Z源拓扑的工作模型,分析了不同工作状态对解耦电路元件参数选取的影响,据此提出一种改进的调制策略以减小解耦电路电感电流波动。其次,采用主电路双环控制和基于PR控制器的解耦电路控制实现二倍工频解耦。最后通过仿真验证了结论。结果表明:改进调制策略后能有效地降低准Z源阻抗网络和解耦电路电感电流波动,准确完成二倍工频功率解耦,且有效地降低了直流链电压的波动,提高了逆变器运行稳定性。     

一种改进的正反激并网微型逆变器

反激逆变器存在输出电流纹波大、功率容量小等缺点;交错并联反激逆变器存在开关器件多、控制方式复杂等缺点。针对上述问题,提出一种双变压器有源钳位正反激光伏并网逆变器结构,该逆变器二次侧仅用两个开关管,控制方式简单、可靠性高;采用双变压器可以分担功率、减小单个磁性元件尺寸。对该逆变器的电路拓扑、电流控制策略、稳态原理、特性等进行深入分析。最后通过仿真和实验验证了该逆变器结构的可行性。     

电网电压不平衡下燃料电池并网逆变器功率控制

基于参考指令变更的三相并网逆变器功率控制方法,通过调节影响功率波动的参考指令内的谐波分量可以实现逆变器电流质量和功率波动间协调控制,但不能实现三相电压不平衡下负序交流分量的无静差调整。针对此问题,提出了三相电压不平衡下燃料电池三相并网逆变器功率控制方法,构建了燃料电池三相并网逆变器电路拓扑结构。在此基础上采用无锁相环直接功率控制方法,采用全通滤波器对并网逆变器电路中的电压和电流基波分量进行90°相移,消除2倍频的负序交流分量,实现并网逆变器有功功率和无功功率的有效控制。仿真结果证明,所提方法控制的并网逆变器进网电流谐波含量为0.33%,输出电流正弦度较高,电网电压不平衡状态下仍能坚持对电流进行控制。该方法功率控制效果好,具有较强的安全性。     

一种高效率低输入纹波电流的光伏并网微逆变器

针对传统光伏系统存在热斑、整体效率低等问题,提出了一种高效率、低输入电流纹波的隔离型单相两级式光伏并网微逆变器。该微逆变器由前级DC/DC升压环节和后级逆变环节组成。DC/DC变换器采用有源钳位和倍压整流电路,使变压器原边开关管及副边整流二极管实现软开关,分析了其稳态下的工作原理并给出了变换器关键波形曲线;后级逆变环节应用软件锁相、脉宽调制等技术实现了逆变并网。提出了一种低成本的在中间母线电压环中加入扰动环节的方法,抑制了两级式逆变器直流输入侧存在的两倍交流输出频率的电流纹波。研制了一台220 W光伏微逆变器样机并进行了测试,实验结果证明了理论分析的可行性。     

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。     

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。本文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来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这种变换器的可行性。     

H6型单相光伏并网逆变器并网电流的改善

由于并网逆变输出功率的二倍频脉动,使得非隔离单相光伏并网逆变系统前级解耦电容电压出现了二次电压纹波,进一步使得以电压外环和电流内环控制的逆变器并网电流参考值存在三次谐波。为有效地抑制并网电流的三次谐波,从母线电压角度出发,把采集到的电压值进行处理。本文提出了一种直流母线二次纹波电压的补偿方法,该方法能够显著改善并网电流质量,对并网电流三次谐波有较好地抑制作用。最后,通过仿真和实验结果证明了提出的补偿方法的有效性。