基于两象限DC/DC变换器的光伏发电系统

传统MPPT电路串联在光伏组件和负载之间.光伏板产生的所有电能都要经过DC/DC变换器进行处理.因此.整个光伏发电系统的效率就要依赖于DC/DC变换器的效率.针对离网型光伏发电系统提出一种两象限DC/DC变换电路,并将最大功率跟踪电路与其并联,主要能完成蓄电池充放电,升降压电路的功能.由于与主电路并联,仅有少部分能量通...     

光伏中压直流变换器串联系统控制策略研究

针对光伏中压直流变换器串联系统中光伏发电单元功率失配导致的变换器输出过电压及功率损失问题,分析了光伏直流变换器串联系统运行特性,推导了限电压控制下串联系统光伏功率损失与光伏发电单元功率不均衡度及变换器输出电压限幅值之间的关系;提出了改进型Boost全桥隔离功率模块拓扑及其调制策略,基于功率模块输入并联输出串联形成模块级联型直流变换器,通过占空比灵活调节,实现直流变换器宽输出电压范围运行,解决直流变换器调压能力不足导致的功率损失问题;针对光伏直流变换器串联系统复杂运行工况,提出了串联系统直流变换器自适应电压分段式控制策略,实现了串联系统直流变换器多模式自适应稳定运行。研制了3kV/80kW功率模块及20kV/500kW光伏中压直流变换器,基于3台直流变换器输出串联实现了光伏中压直流变换器串联升压并网系统实证应用,现场实验结果验证了所提直流变换器拓扑方案的可行性与控制策略的有效性。     

光伏级联DC/DC变换器模式切换稳定性分析及降压运行策略

在光伏直流升压汇集系统中,光伏侧DC/DC变换器通过级联拓扑可实现光伏功率升压直流送出。当光伏输入侧功率差异较大时,级联变换器会在最大功率点跟踪模式和定电压模式间切换,模式切换控制会引起系统稳定性变化。文章以级联隔离升压全桥变换器为研究对象,建立变换器在电导增量法-最大功率点跟踪控制、定电压控制下的小信号输出阻抗模型和级联系统等效阻抗模型,根据阻抗稳定性判据评估控制模式切换下系统稳定性差异。当变换器由最大功率点跟踪模式切换为定电压模式时会降低系统稳定性能,且随着切换控制模式模块数量的增多稳定性显著减小。在此情况下,可采用母线电压降压运行的方案,尽可能使光伏侧DC/DC变换器工作在最大功率点跟踪模式,以维持系统的稳定性。在Matlab/Simulink中搭建级联系统仿真模型,验证了理论分析的正确性。     

基于模块化隔离型DC/DC变换器的海上直流风电场并网方案

与传统的海上风电场采用中压交流系统汇集电能不同,海上直流风电场采用直流系统实现电能的汇集和远距离传输。为减小海上风电场的投资,提高其运行效率,设计了一种基于模块化隔离型DC/DC变换器(MIDC)的新型海上直流风电场并网方案。首先,对三种可能作为MIDC子模块的DC/DC变换器进行了参数设计和对比分析,最终确定了LLC串并联谐振变换器作为MIDC子模块的拓扑。在此基础上,设计了MIDC的控制系统,在实现MIDC子模块间均压和均流的同时,实现了对风力发电机组输出功率的最大功率跟踪。最后,通过仿真验证了所设计的海上直流风电场并网方案的可行性和所设计的MIDC控制系统的有效性。     

一种带储能的光伏发电DC/DC变换器控制方法

针对具有储能的光伏发电DC/DC变换器系统,探讨了DC/DC变换器的控制,根据电池和负载的状态,合理地实现光伏发电功率的控制。针对光伏发电DC/DC的应用场合,分析了独立光伏发电系统的功率流动情况,并提出了限定功率点跟踪(LPPT)的控制方法,分析了LPPT在静态及动态条件下的工作过程。同时,将LPPT和最大功率点跟踪(MPPT)算法相结合,从而灵活控制光伏电池的输出功率,适用电池的储能状态,满足负载需求。控制方案在实验模型上进行了初步验证。     

直流光伏变换器的研究与应用

针对直流配电系统消纳新能源发电模式下缺乏直流型变换器的现状,基于交错并联Boost拓扑结构,结合扰 动观察法最大功率点跟踪(MaximumPowerPointTracking,MPPT) 控制策略,采用电压电流双闭环的控制模式, 开发了直流型光伏DC/DC变换器.对直流型光伏DC/DC变换器的调试表明,该变换器可实现光伏发电的高效化最 大功率点跟踪,输出稳定的直流电压,长时间带载实验表明该变换器具有稳定且高效的运行特性.     

一种基于ON/OFF控制的太阳能电池MPPT控制器

在太阳能光伏发电系统中,为了降低系统造价并提高对太阳能的利用率,一般需要实现最大功率点跟踪.本文通过分析太阳能电池的功率-电流(P-I)特性曲线,提出了一种新的利用硬件电路来实现最大功率点跟踪的方法.与以往跟踪方法不同,该方法简单实用,仅需采样太阳能电池的输出电流和电压,通过比较其输出电流的变化率和输出功率的变化率,基于ON/OFF控制太阳能电池输出端电容的充放电,使其输出电流(或电压)达到最大功率点电流(或电压),实现了真正意义上的MPPT.以Buck DC/DC变换器为例,通过仿真和实验验证了理论分析的正确性.     

独立光伏发电直流网能量管理控制策略

针对目前直流母线式独立光伏发电系统的供电稳定性较差的问题,以蓄电池组作为储能单元,选取具有电气隔离的双向DC/DC变换器来实现直流母线电压的稳定.根据光伏阵列输出功率和负载功率之间的关系以及蓄电池组端电压的不同将系统分为6种工作模式.给出了系统在各个模式间切换的程序流程图,设计了单向变换器和双向变换器的控制策略.最后基于Matlab/Simulink制作了仿真模型,仿真结果表明,当系统的光照或者负载变化时,通过控制能量在蓄电池组和直流母线之间的传递以及系统工作模式之间的切换,直流母线电压的稳定性得到了有效控制.     

一种应用于光伏系统的双向DC/DC变换器

针对光伏发电中发电量受光照强度、环境温度等自然条件变化的影响,而不能持续、稳定地输出电能这一问题,通过分析其能量的流动、功率传送大小的影响因素,提出一种光伏储能用双向DC/DC变换器,并对其性能以及软开关范围进行分析,得出能量与占空比以及移相角之间的关系,提出采用占空比和移相角两参数调节的方式,实现了最大功率输出的控制方式,最后在一台1 kW的样机上进行了实验验证.     

光伏发电系统高增益DC/DC变换器的研究

介绍了多种应用于光伏发电系统的前级DC/DC电路拓扑的优缺点,总结了DC/DC变换器应用于光伏发电系统中出现的新技术。提出了4种软开关高性能、高增益DC/DC非隔离及隔离型变换器的基本思想,以实现所有功率开关管的软开关。     

基于多重化DC/DC变换器的储能变流器研究

为了满足越来越大的储能系统规模对大功率储能变流器的需求,将多重化DC/DC变换器引入储能变流器的拓扑结构。对多重化DC/DC变换器的电流纹波及谐波特性的分析表明其具有显著优势。储能变流器的控制策略加入基于直流母线电压的下垂控制。对所研究的储能变流器拓扑结构及控制策略进行仿真并搭建样机。仿真和实验结果表明,所设计的基于多重化DC/DC变换器储能变流器性能具备大功率充放电的功能并且性能优良。     

光伏发电系统前级宽输入DC/DC Boost变换器

峰值电流模式DC/DC Boost变换器输入电压范围较宽,适用于两级式光伏发电系统的前级。DC/DC Boost变换器的输入电压较低时,一般采用固定斜坡补偿来保证其稳定运行,低输入电压范围宽时,往往需要过补偿,无法达到设计功率。提出一种动态斜坡补偿的方法,使变换器在较宽输入电压下都能稳定工作且具有较高效率。40 W样机测试结果显示:输入电压在16~24 V的范围内,变换器均能稳定工作。     

直流电压时间尺度下光伏并网控制系统稳定性分析

随着光伏发电并网规模的扩大,由其换流器控制系统动态特性所引起的小干扰稳定性问题愈加突出。由于单台光伏发电单元容量较小,并网光伏发电系统中往往包含大量光伏发电单元,系统模型阶数较高,极大地增加了稳定性分析的复杂程度。因此,为提出一种较为简单有效的稳定性判别方法,本文首先通过时间尺度分解的方法建立了并网光伏发电系统在直流电压时间尺度下的小干扰稳定分析降阶模型,随后在该模型的基础上由劳斯-赫尔维茨判据推导得出了系统的小干扰稳定判据,并结合判据分析了直流电压控制时间尺度下影响系统小干扰稳定性的关键因素,辨识出三个影响稳定性的不利因素：重负荷、弱连接、不恰当的控制参数设置。通过仿真算例验证了所提出稳定性判据的正确性和有效性。结果表明：所得出的稳定性判据能有效地对并网光伏发电系统在直流电压时间控制尺度下的小干扰稳定性进行评估,并且该评估方法不需要对系统建立复杂高阶的模型,极大地简化了计算和分析过程。     

三电平DC/DC电源转换技术研究

以三电平DC/DC电源转换为研究对象,分析对比拓扑结构。从模块化的工程应用角度,采用改进半桥型方案开发出三电平DC/DC标准功率模块,介绍其结构及屏柜组装方式,以满足功率组合即插即用,并适应分布式光伏发电、储能、电动汽车等多应用场景。分析目前技术规范和标准现状。基于交直流混合微电网的试验系统,阐述DC/DC模块在不同应用场景下的功能,并进行了试验验证。     

级联式光伏电站直流并网拓扑及其控制策略

为解决光伏电站远距离输送并网问题,同时提高光伏电站并网系统稳定性,将光伏电站与电压源型高压直流(Voltage Source Converter-High Voltage Direct Current,VSC-HVDC)输电系统相结合,设计了一种光伏电站通过级联直流变换器经VSC-HVDC输电线路并网拓扑方案。研究了光伏发电模块均压特性,分析了光伏发电模块控制策略和VSC换流站直流电压控制策略,提出了改进的直流电压-功率偏差斜率控制策略。在PSCAD/EMDTC电磁暂态软件下进行了不同光照强度仿真分析。仿真结果验证了系统可行性,表明了所提出控制策略有效保持光伏电站系统电压稳定性。     

基于模块化LLC谐振变换器的光伏中压直流并网方案

与传统光伏大规模接入交流系统和分布式并入低压直流电网的形式不同,面向中压直流配电网的光伏并网系统在传输效率、容量、电压稳定性和电能质量等方面均具有一定的优势,是未来发展直流配电网所需要的一种能源汇集技术。提出了一种适用于中、大容量光伏发电系统接入直流配电网的新型技术方案,设计了并网系统的详细拓扑结构。根据光伏电池特性,设计了发电单元及子模块的参数,并分析了模块化变换器的运行特性。在此基础上,设计了模块化LLC谐振变换器的控制策略,在维持子模块均压均流的同时,实现了对光伏发电单元的最大功率跟踪。最后,通过仿真验证了所设计光伏直流并网方案的可行性和控制系统的有效性。     

光储直流微网能量协调控制方法

直流微网中分布式电源出力的随机波动性,不仅会引起直流母线电压大范围波动,还会影响系统的稳定运行。对此,提出了一种光储直流微网能量协调控制方法,实现了因系统功率供需不平衡引起的母线电压波动的快速平抑。该方法优先利用新能源为负荷供电,通过设定并网变换器和储能模块的工作阈值以协调管理各模块间的能量流动,避免直流母线电压小范围波动引起电力电子器件频繁动作,实现能量的最优利用。在并网状态下,直流微网通过并网变换器与大电网进行能量交换;在离网状态下,光伏模块与混合储能模块协调配合给本地负载供电。其中,考虑混合储能模块的充放电裕量,结合超级电容功率密度大和锂电池能量密度高的特点,混合储能模块让超级电容先工作来平衡系统瞬时功率,提高系统的动态响应特性,减少锂电池动作次数,延长使用寿命。锂电池工作后,可以配合超级电容调整直流母线电压,防止超级电容达到饱和的速度过快。仿真验证了所提方法的有效性。     

一种并联输入并联输出的宽范围双向隔离DC/DC变换器

目前,DC/DC变换器广泛应用于新能源发电、电动汽车以及锂电池化成分容等领域。针对低压大电流双向功率传输应用场合,提出了一种输入并联输出并联的宽范围双向隔离DC/DC变换器。该变换器由2个相同的两级式DC/DC变换器组成,前级采用高效率LLC谐振变换器作为直流变压器,以实现电气隔离;后级采用交错式Buck/Boost变换器,保证宽范围电压输出和高动态性能。所提变换器能够实现功率的双向传输,且采用了一种功率方向改变时,无需进行功率流向判断与开关逻辑切换的调制策略,简化了系统的控制策略并提高可靠性。设计了1台3 kW的实验装置,实验结果验证了所提变换器及其控制方法的可行性和有效性。     

基于GaN器件大功率双向DC/DC变换器的设计与仿真

介绍了一种新的高功率双向隔离式DC/DC变换器作为高功率转换系统的主要电路。DC/DC变换器使用基于氮化镓(GaN)的功率开关器件。对10 kWGaN大功率DC/DC变换器的拓扑结构进行了优化、参数化和分析,并通过仿真和实验验证了其有效性。它由使用新型的GaN晶体管组成的两个单相全桥电路、两个输入/输出电感和一个高频变压器组成。变压器在实现两个全桥变换器之间的电气隔离方面起着至关重要的作用。使用MATLAB仿真软件对10 kW的变换器进行了建模。MATLAB仿真结果验证了变换器的性能适合于高功率应用并能实现轻负载条件下的零电压开通(ZVS)和零电流关断(ZCS)。然后,设计了一个10 kW的实验原型,以验证所设计拓扑的有效性。