三电平中点钳位变换器电容电压自平衡机理与均压控制策略

三电平中点钳位(3L-NPC)半桥拓扑输入端为电容串联结构,由于电路的非理想因素,存在电容电压不均衡问题。文中根据推导出的3L-NPC半桥等效电路,从时域角度详细分析了电容压差与电容电流的关系,表明3L-NPC具有自平衡特性,且其自平衡电流主要来自于负载电流的直流分量。基于此总结出2类均压控制策略:第1类,采用传统比例—积分或比例—谐振等调节器,加入特定变量反馈,以恢复3L-NPC自平衡特性;第2类,采用不破坏3L-NPC自平衡特性的调节器。根据第2类均压控制思想,提出了采用准谐振调节器的均压控制策略,可简化系统控制,降低系统成本。此外还给出了具备自平衡特性的双环控制方案,改善了系统的响应速度。仿真与实验结果证明了理论分析的正确性。     

LCL滤波并网逆变器的零点配置策略

采用LCL滤波器的并网逆变系统中,由于高阶滤波器的存在,并网电流易产生无阻尼谐振,系统闭环设计困难,带宽受限,难以实现很好的系统响应。LCL滤波器中通过二个电流量的加权组合可获得具有一阶积分特性的反馈量,将高阶并网逆变系统的闭环设计降阶处理,简化了系统闭环设计,且易于实现较好的系统响应。目的是全面分析LCL滤波并网系统中可行的加权组合方式。提出一种系统性分析方法,采用比例、积分、微分的加权形式从零点配置角度全面的分析了可行的组合反馈方式。仿真与实验验证了分析的有效性。     

LCL型进网滤波器的有源阻尼技术分析与比较

为厘清现有LCL滤波器的有源阻尼方法之间的关系和寻找新的有源阻尼结构,研究了抑制LCL谐振的有源阻尼方法的综合方法,构造基于反馈的有源阻尼统一分析模型,对采用单状态变量单补偿器反馈的有源阻尼方法进行了系统分析。通过传递函数和根轨迹图甄别出有效有源阻尼方法,详细分析了滤波电容电压反馈、滤波电容电流反馈和提出的网侧滤波电感电压反馈3种有源阻尼方法的特性。建立了3 kW实验样机对3种有源阻尼方法进行了性能对比研究,结果验证了有源阻尼综合方法的有效性。     

太阳能电池的动态模型和动态特性

太阳能电池的动态模型和动态特性对研究光伏发电系统的稳定性至关重要。该文从硅太阳能电池的物理模型出发,求解出太阳能电池的稳态、动态特性解析表达式;就此得出计及引线电感的太阳能电池动态电路模型;推导出太阳能电池的动态电阻、结电容、小信号输出阻抗的精确表达式,并对不同光照、不同输出电压下的小信号输出阻抗进行仿真研究;最后构建了基于LED灯和超级电容的太阳能电池动态实验平台,对光照突变时太阳能电池的短路电流响应以及电压突变时太阳能电池的暗电流响应进行了实验验证,并给出了太阳能电池少数载流子寿命的简便测量方法。     

非隔离型光伏并网逆变器漏电流抑制机理分析与改进

共模电流抑制是非隔离型光伏并网逆变器需要解决的首要问题。文中给出了单相逆变拓扑的共模回路统一等效模型,该模型将所有隔离类和非隔离类拓扑统一起来,适用于所有桥类拓扑的漏电流抑制机理分析。对现有桥类逆变拓扑按漏电流抑制机理进行了系统分析和归类。在此基础上,对H5拓扑、Heric拓扑及一种H6拓扑进行了改进。一方面,通过拓扑结构的改变,用共模电压恒定的漏电流抑制途径取代改变共模阻抗的抑制途径,漏电流抑制效果得以提高;另一方面,通过调制策略的优化,逆变器可以实现非单位功率因数运行。在一台5kW单相改进型H5拓扑并网逆变器上进行了实验研究,实验结果验证了理论分析的正确性。     

SiC MOSFET特性及其应用的关键技术分析

SiC MOSFET(silicon carbide metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)以其优越的特性受到国内外学者的广泛关注,采用SiC器件的变换器能够采用高的开关频率、适应高温工作,实现高的功率密度,在一些应用场合能够代替Si基高频开关器件而显著提高电能变换装置的性能。然而,SiC器件与Si器件存在较大的差异,在实际应用中直接替换使用会存在诸多的问题,例如提高工作频率后产生的桥臂串扰、电磁干扰EMI(electromagnetic interference)等问题。目前已有大量关于SiC MOSFET应用研究的文献,但大部分都是针对SiC MOSFET应用中个别问题的研究,尚缺少对SiC MOSFET应用研究成果的系统性归纳与总结的文献。首先基于对SiC MOSFET与Si MOSFET/IGBT(insulated gate bipolar transistor)的静态、动态特性的对比,总结出SiC MOSFET在实际应用中需要关注的重点特性;然后从SiC MOSFET建模、驱动电路设计、EMI抑制以及拓扑与控制方式的选择等方面对已有的研究成果进行归纳与评述;最后指出了SiC MOSFET在应用中所需要研究解决的关键问题。     

跟网型逆变器的非线性模型及稳定性分析方法

锁相环为并网逆变器的跟网控制提供了与电网同步的参考信息,但在弱电网下,具有非线性特性的锁相环对系统稳定性会产生一定的影响。由于舍入误差的存在,现有基于线性化锁相环模型而设计的并网逆变器存在稳定性设计不足的风险。为保证模型的准确性以及稳定性分析的可靠性,提出了一种基于非线性状态空间模型的稳定性分析方法。首先,建立了采用二阶广义积分器锁相环的LCL型并网逆变器系统的非线性状态空间模型,确立了锁相环中非线性环节的有界性条件。基于Lyapunov稳定性判据,进一步获得满足全局渐进稳定的矩阵不等式条件。通过逐点分析,明确了锁相环参数以及电网阻抗对系统稳定域的影响。实验结果表明,相比于传统的小信号模型,所提出的非线性分析方法在预测跟网型逆变器系统的稳定性上更加准确和可靠。     

LCL滤波并网逆变器的电流控制技术研究综述

并网逆变器是新能源发电、微电网等与大电网之间的接口电路,其进网电流质量控制是关键技术之一。LCL滤波的并网逆变器可有效地抑制进网电流中的开关频率次谐波电流,但其高阶属性导致的谐振问题易使进网电流发生振荡而控制困难,是目前各国学者广泛研究的课题。针对LCL滤波并网逆变器的电流控制技术,从滤波器谐振现象及其抑制策略、电流准确跟踪控制以及电网适应性等方面分析并评述了现有的典型控制方案。最后,指出了LCL滤波并网逆变器电流控制需要进一步研究的问题。     

LCL滤波器有源阻尼控制机制研究

有源阻尼技术是实现LCL滤波器谐振峰值抑制的有效方法,目前已经有多种有源阻尼方案被提出。但已有文献对有源阻尼方案进行分析时均未涉及有源阻尼的机理问题,未给出各方案提出的依据。该文深入分析有源阻尼技术,指出有源阻尼实质上是对系统谐振峰值附近对应的输出频率成分的反馈控制,当该反馈为负反馈时可以实现较好的抑制效果,且反馈深度越深,谐振峰值抑制效果越好。在此基础上,不仅解释了现有基于逆变器侧电感电流、滤波电容电流及其电压反馈控制的有源阻尼技术的本质,还得到了基于包括滤波电容、逆变器侧电感以及网侧电感在内的有源阻尼反馈环节的设计要求,并推演了LCL滤波并网系统中可行的有源阻尼控制方案。实验结果验证了理论分析的正确性。     

LCL并网逆变器的单逆变器侧电流控制性能分析

对LCL滤波并网逆变器来说,单逆变器侧电流闭环控制实现较为方便,但是控制延迟导致系统仍存在欠阻尼谐振甚至不稳定。无源阻尼方法虽可实现优良的电流控制性能,但会导致额外的功率损耗;附加数字滤波器的有源阻尼方法具有改善系统稳定性的能力,但是数字滤波器在非谐振频率处的幅值以及相位特性影响控制性能。以无源阻尼方法下系统性能为基准,对比了已有的逆变器侧电流闭环控制有不同的谐振频率同控制频率的比值条件下的性能,结果表明在一拍采样与计算延迟下,已有的单逆变器侧电流闭环控制难以兼顾系统稳定性、动态特性以及鲁棒性,附加数字滤波器的有源阻尼方法具有较大的局限性。