新颖的三相Boost型光伏并网逆变器

提出一种新颖的三相Boost型光伏并网逆变器,并对其拓扑、双环改进型分区SPWM控制策略、低频模态、储能开关关断电压尖峰抑制、高频开关过程、光伏电池最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)、关键电路参数设计准则等进行了深入的分析研究,获得了重要结论。其拓扑是由输入滤波电容、中心抽头储能电感、三相逆变桥、三相输出滤波器级联构成,且在储能电感中心抽头与输入源负端间接有储能开关;其控制策略是对三相电网电压进行60°分区,以确保每个开关周期均满足Boost型变换器的工作机理。设计并研制了3kW 96VDC/380V 50Hz 3φAC逆变器,实验结果表明,这类逆变器具有升压比大、功率密度高、变换效率高、储能电感和输出滤波器小、并网电流质量高等优良性能,在单级三相低压并网逆变场合具有重要应用前景。     

非隔离新型高增益DC-DC升压变换器

针对光伏发电系统中光伏电池板输出电压低,而要求其并网逆变器前端直流母线输入电压高的特点,提出了一种非隔离型高增益DC-DC升压变换器。对其工作原理和性能特点进行了详细的理论分析。并制作了一台输出功率为200 W的实验样机,实验结果表明该变换器具有如下特点:在相同占空比的条件下,变换器具有2倍于传统Boost拓扑结构的电压增益;变换器中两有源开关管的电压应力为传统Boost电路中有源开关管电压应力的一半;变换器中两电感电流一直相等而无需任何均流控制,外加两有源开关管采用同步控制,控制策略简单。     

单相Boost型SPWM并网逆变器研究

论述了单相Boost型并网逆变器的电路拓扑、工作模态和两种正弦脉宽调制(SPWM)控制策略,深入研究了改进SPWM控制单相Boost型并网逆变器存在的储能占空比与电压传输比不平衡引发的现象,以及基于调制函数推导了逆变器储能电感电流的交、直流分量与电路参数之间的关系,揭示了该逆变器存在储能电感值大、储能电感电流大、输出并网电流波形畸变严重、变换效率低等固有缺陷的机理。提出一种新颖的单相Boost型SPWM并网逆变器,仿真和实验结果证实了理论分析的正确性。     

Boost型高频环节AC-AC变换器研究

首次提出了Boost型高频链AC-AC变换器电路结构与拓扑族,它是由输入滤波器、储能电感、输入周波变换器、高频变压器、输出周波变换器和输出滤波器依序级联构成。深入分析研究了这类变换器的原理特性与控制策略,提出并有效地解决了变换器启动时储能电感的磁饱和问题以及高频变压器漏感引起的电压尖锋现象,给出了这类变换器的原理试验。研究结果表明,这类变换器具有电路拓扑简洁、高频电气隔离、双向功率流、变换效率高、网侧功率因数高、负载适应能力强、负载短路时可靠性高等优点。     

电流型高频链AC-AC变换器

提出电流(Boost)型高频链AC-AC变换器电路结构与拓扑族,它是由输入滤波器、储能电感、输入周波变换器、高频变压器、输出周波变换器和输出滤波器依序级联构成。深入分析研究了这类变换器的原理特性与控制策略,提出并有效解决变换器启动时储能电感的磁饱和问题及高频变压器漏感引起的电压尖锋现象,给出这类变换器的仿真和原理试验。研究结果表明,这类变换器具有电路拓扑简洁、高频电气隔离、双向功率流、变换效率高、网侧功率因数高、负载适应能力强、负载短路时可靠性高等优点。     

三相Boost型高频交流环节并网逆变器

提出了三相Boost型高频环节并网逆变器的电路拓扑。该拓扑由高频全桥逆变器、高频变压器(HT)和矩阵变换器(MC)组成。MC开关为双向开关,由2只n沟道MOSFET按共源极方式串联而成。针对输入为高频交流电流脉冲的MC提出了基于电流空间矢量的数字控制策略,分析了一个开关周期内的各工作模态;研究了变换器的工作原理和稳定性。通过一台300 VA的实验样机对变换器结构和控制策略进行了验证。     

低电压电流应力的有源钳位ZVS软开关技术

有源钳位零电压开关(zero-voltage switching,ZVS)软开关拓扑被广泛应用到DC/DC变换器实现开关管零电压开通。传统有源钳位软开关拓扑存在电压、电流应力大且占空比丢失严重的问题,制约了其在大功率DC/DC变换器中的应用。该文提出改进的有源钳位软开关拓扑,在传统拓扑基础上增加由二极管与辅助电感组成的电流转移电路,使二极管电流应力、钳位电压及占空比丢失均减小一半,提高变换器效率及可靠性。分析所提有源钳位软开关拓扑应用于Buck变换器及Boost变换器的工作原理,并对拓扑进行性能分析及参数设计。最后,在功率为1.2k W的Buck变换器及Boost变换器中,实验验证所提有源钳位软开关拓扑的正确性。     

全桥Boost型多输入直流变换器

提出全桥Boost型多输入直流变换器电路拓扑及主从式功率分配和电压电流瞬时值反馈移相控制策略,并对该变换器的电路拓扑、控制策略、稳态原理特性、关键电路参数设计准则等进行深入地分析研究。全桥Boost型多输入直流变换器,是通过高频变压器磁通叠加法将多个全桥Boost型单输入直流变换器在输出端进行电流叠加;主从式功率分配策略,是指n?1路输入源功率固定和1路输入源补充负载所需的不足功率。理论分析和仿真结果表明,该变换器具有电路拓扑简洁、多路输入源可同时或分时供电、功率密度高、输出电压稳定等优点,为实现太阳能、风能、氢能等多种可再生能源联合供电奠定了关键技术基础。原理试验证实了所提出电路拓扑和控制策略的正确性与可行性。     

单相电流型PWM逆变技术综述

在分析了传统单相电流型PWM逆变器固有缺陷的基础上,系统地论述了从电路拓扑、控制策略等方面提出的多种解决其缺陷的方案,并给出了设计实例与特点,获得了重要结论。电路拓扑方面的解决方案包括差动双向Boost直流变换器型逆变器、组合式Boost/Buck/Buck-Boost逆变器、附加反激AC-DC能量回馈电路的单相电流型高频环节逆变器等,具有满足Boost变换器控制规律、电路复杂、损耗大等特点;控制策略方面的解决方案包括具有补偿环节的非线性调制控制策略和无源性控制策略等,具有输出波形质量高、储能电感大等特点;电路拓扑和控制策略两方面的解决方案包括输入侧串并联谐振器的单相电流型逆变器、具有储能电感电流限定非线性PWM单周期控制单相电流型逆变器等,具有输出波形质量高、储能电感小、变换效率高等特点。     

双Boost逆变及用于高频链矩阵式逆变器

适应高频链能量变换的特点,提出一种新型双Boost高频逆变电路,该拓扑由两个全控开关和两个储能电感构成,通过占空比大于0.5的控制方法实现高频升压及逆变输出.相对普通的全桥高频逆变电路,该拓扑可减少开关个数以提高变换效率,缩小高频变压器变比进而减小其体积和分布参数,因此可广泛应用于具有高频逆变要求的电路中.在分析其结构特点及工作原理的基础上,提出一种以双Boost高频逆变电路与典型三相输出型高频链矩阵变换器相结合的新拓扑,详细分析了Boost电感电流连续模式(CCM)下该电路高频开关周期内的工作状态,给出了相应的仿真和实验波形,结果证实了该拓扑在高频链能量变换器中应用的可行性及其控制方案的合理性.     

新颖的单级双向反激式高频环节逆变器

提出单级双向反激式高频环节逆变器电路拓扑及其Buck型有源箝位电路,并对这种逆变器的电路拓扑、电压瞬时值反馈控制策略、稳态原理特性、Buck型有源箝位电路和关键电路参数设计准则等进行深入的分析研究。这种逆变器电路拓扑是由输出低频正、负半周的单极性脉宽调制电流波且共用输入、输出滤波器的两个相同的双向Flyback直流变换器以输入端并联、输出端反向串联构成。采用所提出的电路拓扑,设计并研制成功的750 VA 48 VDC/220 V 50 Hz AC逆变器样机具有电路拓扑简洁、单级功率变换、变换效率高、控制简单、有源箝位性能良好等优良性能。     

适用于微电网的软开关型高效光伏并网微型逆变器

针对光伏并网小功率逆变器应用场合,提出一种能实现软开关的两级式微型逆变器,其前级采用有源箝位正反激变换器电路,通过箝位电路实现主开关管漏源极电压箝位,利用漏感电流为主开关管结电容放电实现零电压开通;后级采用基于临界电流连续控制的传统单相全桥逆变器,通过控制电感电流双向流动,实现开关管的零电压开通。搭建的250 W并网逆变器样机验证了所提方案的可行性和正确性。结果表明基于软开关控制方式的微型逆变器能大大提高效率,适用于微电网中光伏并网微型逆变器等功率较小的应用场合。     

双向电压源高频逆变器的单极性移相控制策略

对于双向电压源高频逆变器的控制问题,提出了一种新型的单极性移相控制策略,即采用单极性单调制波的控制,高频变压器直流偏磁受到抑制,磁芯利用率高。阐述了全桥全波式高频逆变器主电路拓扑的工作原理,应用该策略可以实现变压器漏感能量和输出滤波电感电流的自然换流,周波变换器功率开关的ZVS工作。详细分析了逆变器在一个高频开关周期内的10个工作模态电路,讨论了关键电路参数的设计原则。进行了MTLAB仿真分析,其结果表明,该控制策略实现了功率双向流动,变换效率高,周波变换器实现了ZVS换流,输出正弦电压波的正负对称性好,且易于工程实现。     

双电感双开关同步控制Boost变换器

针对新能源发电系统中直流输出电压低,但在并网逆变器输入端的直流母线要求高电压输入的特点,提出了一种双电感双开关同步控制Boost变换器。对其工作原理及其性能参数进行了严谨的逻辑推导和理论分析。并在实验室搭建了1台输出功率为200 W的实验样机,实验结果表明:在相同占空比d时,变换器具有(3-d)倍于传统Boost电路的电压增益;变换器中双开关所承受的电压分别为输出电压的1/(3-d),即为传统Boost电路中开关所承受电压的1/(3-d)倍;变换器中两开关管采用同步控制,两电感采用并联充电、串联放电,无需任何均流控制,控制策略简单可靠。     

有源箝位正激式高频脉冲直流环节逆变器大信号特性

有源箝位正激式高频脉冲直流环节逆变器具有优良的综合性能。然而 ,当输入电源电压或负载大信号瞬变时 ,有源箝位电路的动态特性严重影响了变压器最大磁化电流和功率开关承受的最大峰值电压。本文采用平均状态轨迹法深入分析了闭环反馈控制、输入电压前馈控制有源箝位正激式高频脉冲直流环节逆变器瞬态大信号特性 ,获得了瞬态大信号特性与系统控制带宽、箝位支路谐振频率参数间的关系。     

有源箝位软开关全桥Boost变换器

提出一种含有源箝位辅助电路的软开关全桥Boost变换器,其利用电感与电容谐振实现主开关管的零电流开通与零电压关断。有源箝位电路即可抑制变换器工作时可能出现的电压过冲,又可将箝位电容吸收的能量返还回主电路,且箝位开关管以零电压方式开通与关断。输出端采用倍压整流,可以降低变压器匝比。最后利用硬件实验波形验证了所述变换器的有源箝位和软开关特性。     

组合双向升压直流变换器型高频链逆变器

提出了一类组合双向升压直流变换器型高频链逆变器电路结构与拓扑,它由两个隔离双向升压型直流变换器输入侧并联、输出侧反向串联构成。深入研究了互补和独立两种电压瞬时值反馈控制方案及关键电路参数设计准则等。研究表明,采用互补控制时占空比变化范围小、副边功率开关电压应力小、输入电流和输出电压纹波小等特点;采用独立控制时占空比变化范围大、副边功率开关电压应力大、输入电流及输出电压纹波大等特点。研制了单端式500VA 18-32VDC/115V400HzAC互补控制逆变器样机,给出了样机测试结果。     

一种新型单开关直流高增益变换器

针对传统Boost电路电压增益有限及变压器、耦合电感等升压电路存在漏感的问题,提出一种无变压器、无耦合电感的新型单开关高增益变换器,将2个电压升举单元引入Boost拓扑,提高了电压增益且降低了开关管、二极管电压应力,同时在电压升举单元中加入小电感,在不影响效率的情况下,抑制开关管开通瞬间的尖峰电流。详细分析了新型变换器在一个开关周期内不同模态下的工作状况,建立了系统的直流稳态模型,给出变换器的电压增益比及功率器件的电压应力。仿真和实验结果表明,当开关管占空比为65%时,电压增益约为14.88,且开关管与二极管在同等输出电压情况下,其电压应力小于传统Boost。该变换器输出电压高,输入电流纹波小,开关管电压电流应力低,且电感电流一直处于连续模式。     

高效率五电平双降压式全桥并网逆变器

为提高并网逆变器的变换效率,提出一种新颖的五电平双降压式全桥并网逆变器,它由三电平双降压式全桥拓扑、输入分压电容和钳位支路组合得到。其滤波电感和开关器件的电压阶梯仅为输入电压的一半,故磁性元件体积小、质量轻,且每个开关周期仅有一个开关管高频动作,降低了开关损耗。分析了该拓扑的工作原理和调制策略,并分别搭建五电平和三电平双降压式全桥并网逆变器实验样机进行效率比较。实验结果表明,所提五电平拓扑的欧洲效率较三电平拓扑高出0.5%。由三电平双降压式半桥拓扑与两电平桥臂组合,提出另外2种五电平双降压式全桥并网逆变器拓扑。最后对提出的3种拓扑的损耗和成本进行了详细的分析和对比。     

三电平Boost型高频链逆变器损耗分析与优化EI北大核心CSCD

为提高列车辅助变流器可靠性、效率和功率密度,提出一种取消直流滤波环节的三相整流型高频链逆变器拓扑结构,通过采用三电平Boost变换器有效降低了整流电压峰值,并协调考虑损耗因素与全运行周期线路电压,确定了电压增益的优化取值空间,进而提出输入电压前馈补偿控制策略。进一步分析六脉波解调混合调制策略下系统的不同工作模式,提出一种有源箝位零电流软开关实现方法,并在全输入电压范围和全负载范围内对整个辅助变流器进行损耗分析,证明了该方法在效率提升方面的优势。最后仿真和实验进一步验证了理论分析的正确性。