应用于STATCOM的级联U-Cell拓扑直流电压控制策略

采用级联U-Cell拓扑相比传统级联H桥拓扑,静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)使用的开关器件更少,损耗更小,设备经济性更高。但级联U-Cell同样存在直流侧电容电压不平衡的问题,严重时可使系统无法运行。针对该问题,首先搭建级联U-Cell拓扑数学模型,详细分析了电容充放电以及实现相内电容电压平衡的工作原理。基于此,提出了一种冗余开关状态轮换与基于开关状态叠加有功电压矢量相结合的控制策略,并将该策略应用推广到任意奇数电平。该策略能够使器件损耗更加均匀,实现了级联U-Cell相内电容电压平衡控制,提高了系统的可靠性。最后分别搭建了基于五电平级联U-Cell拓扑的STATCOM仿真和实验平台,验证了所述理论及控制策略的正确性。     

具有飞跨电容辅助桥臂的三电平中点钳位逆变器方案

提出了一种改进的具有飞跨电容辅助桥臂的三电平中点钳位逆变器的拓扑结构,该逆变器可被应用于具有轻型高压直流传输线的近海风电系统中。第四飞跨电容辅助桥臂的引入可以解决三电平中点钳位逆变器固有的中点失衡(包括直流漂移和电压脉动)问题。首先,具体阐述了第四桥臂的工作原理,接着对三种电压闭环控制方案及其控制性能进行了分析和比较。最后,仿真和实验验证了所提出的控制方案的有效性。     

NPC/H桥五电平逆变器直流侧电容电压平衡控制

针对三相NPC/H桥五电平逆变器直流侧电容电压不平衡问题,由逆变器拓扑结构及负载结构建立数学模型,详细分析直流侧电容电压不平衡机理,阐述MPC与SVPWM算法相结合的思想。基于模型预测(MPC),提出平衡直流侧电容电压的新型电压预测算法,利用SVPWM算法确定参考电压矢量位置,并选择参与预测的位置矢量和平衡矢量,进而根据代价函数值择优输出。与传统MPC相比,其具有结构简单,计算量小及每次寻优矢量均不超过10个等优点。仿真和实验均表明提出的电压预测算法能有效平衡直流侧电容电压并且具有较强的动态响应能力。     

一种基于飞跨电容的升压七电平逆变器

3种传统多电平逆变器(MLI)存在需要额外的辅助控制电路平衡电容电压,需要多个独立电源,需要较多器件从而增大了逆变器体积等问题,以上缺点一定程度上限制了它们的应用。此外,由于受体积、成本、效率和电能质量等因素的限制,从五级拓扑扩展到七级拓扑是较难的。针对以上限制和困难,提出了一种基于飞跨电容的升压七电平逆变器,该拓扑不需要多个独立电源,仅需8个开关管、两个二极管和3个电容就能够输出七电平电压,还具有1.5倍升压功能,在不需要辅助控制的前提下通过开关模态即可实现电容电压平衡。同相载波层叠脉冲宽度调制方法被应用于所提逆变器。为了验证该拓扑的可行性,实验实现了该拓扑的功能。     

具有对称辅助电路的谐振直流环节三电平软开关逆变器

为了降低三电平逆变器在高开关频率下的开关损耗,提高其效率,提出一种具有对称辅助电路的谐振直流环节三电平软开关逆变器的拓扑结构,通过在三电平硬开关逆变器的直流环节设置对称辅助谐振电路,利用辅助电路的谐振将直流母线之间谐振电容的端电压周期性下降到零,使三电平逆变器的主开关在直流母线之间的谐振电容端电压为零时完成切换,以实现零电压开关。文中依据不同工作模式下的等效电路图,详细分析该软开关逆变器的工作过程。制作3?kW的谐振直流环节三相三电平软开关逆变器的样机,实验结果表明,逆变器的主开关和辅助开关都实现了软开关切换,效率相比于三电平硬开关逆变器有明显提高。因此所提出的拓扑结构可有效降低三电平逆变器的开关损耗,具有工程实用性。     

具有飞跨电容辅助桥臂的五电平高压并网逆变器

结合当前五电平高压并网逆变器拓扑研究现状,提出了一种具有飞跨电容辅助桥臂的五电平中点钳位(5L-NPC)逆变器拓扑,并利用飞跨电容技术实现了中点自平衡,可作为10kV等级的风力发电、光伏等大功率并网逆变器或静止同步补偿器(STATCOM)。首先分析了造成常规5LNPC逆变器3个直流中点不平衡的原因,随后详细说明了飞跨电容技术实现中点自平衡的原理,并给出了相关参数的选取范围,最后通过实验验证了所提拓扑的正确性与可行性。     

新型的无隔离变压器单相光伏并网逆变器

提出了一种采用双级无隔离变压器的新型单相光伏并网逆变器拓扑,由于光伏池板与电网零线直接相连,可消除光伏池板对地的共模电压,解决了共模漏电流问题。所提拓扑采用了高频倍压的方式实现升压变换器与并网逆变器的连接,避免了三电平并网逆变器存在的中点电位二次脉动问题,降低了直流侧滤波电容的容量需求。为实现对单相并网电流的无误差控制,并网控制中采用比例谐振控制器,增加了系统的稳定性和提高了并网电流质量。仿真与实验结果均表明所提光伏并网逆变器拓扑的可行性。     

基于滑模控制的三电平并网风力发电系统研究

本文提出一种基于滑膜控制和空间矢量调制的三电平并网风力发电系统。本文设计的非线性滑膜控制器控制并网无功电流和有功电流。由于NPC型三电平逆变器采用单直流电压,通过采用空间矢量调制方法中改变冗余小矢量方法实现中点平衡控制。研究了提出滑膜控制的并网无功电流和有功电流性能,实验验证了所提算法具有快速的跟踪性能,低THD输出电流和直流侧电容电压的平衡能力。     

三电平光伏并网发电系统漏电流抑制研究

针对非隔离三电平光伏发电系统存在漏电流和中点平衡问题,提出一种有限集模型预测控制方法,实现光伏并网逆变器的正常并网运行。采用2个中矢量和1个零矢量实现漏电流抑制,与传统方法相比,该方法漏电流最低。三电平升压控制器实现中点电位平衡和直流侧电压控制;三电平光伏并网逆变器实现并网电流快速跟踪控制。仿真验证了所提控制算法具有快速的跟踪性能、直流侧电容电压平衡控制和漏电流抑制。     

降电容电压型准Z源三电平逆变器及其恒功率并网控制

针对传统Z源三电平逆变器的Z源网络电容电压应力大、启动时存在冲击电流等问题,提出一种新型的准Z源中点钳位式(NPC)三电平逆变器拓扑结构,并对其并网控制方法进行研究。首先,分析了新型准Z源NPC三电平逆变器的结构和工作原理;然后将恒功率控制策略引入到准Z源NPC三电平逆变器的并网控制中,并结合SVPWM调制策略实现了逆变器并网控制;最后,进行了软件仿真与硬件实验。结果表明:准Z源NPC三电平逆变器能够减小Z源网络电容电压应力,并网控制方法能够实现逆变器输出的有功、无功功率有效跟踪设定值,且并网电流谐波含量较低。     

A new structure of single-phase two-stage hybrid transformerless multilevel PV inverter

Transformerless inverters are becoming popular for grid-connected photovoltaic applications due to their simplicity, reduced size, weight, cost, and higher efficiency. In this paper, a two-stage hybrid transformerless multilevel inverter (MLI) for single-phase grid-connected photovoltaic power generation system (PVPGS) is presented. The proposed topology comprises a multilevel boost converter (MLBC) and a symmetrical hybrid MLI. MLBC combines the boosting and switched capacitor voltage functions to produce self-balanced multiple voltage levels. The proposed MLI is derived from a combination of bidirectional switches, a half bridge, and a diode-clamped branch, which can produce only two variations in the total common mode voltage and is capable of suppressing leakage current as per DIN VDE 0126-1-1 grid standards. It offers the advantages of scalability, reactive power capability, reduced total harmonic distortion, and filter size. The proposed hybrid transformerless seven-level inverter is simulated in MATLAB, and experimental setup is built to validate the effectiveness of the proposed configuration. Finally, a comprehensive comparison is made with other seven-level inverter topologies.     

光储微电网逆变器有限集模型预测控制

针对光储微电网并网稳定问题提出了一种有限集模型预测控制（FCS-MPC）方案。储能系统双向DC/DC变换器采用电压电流双环控制,以稳定直流母线电压。建立并网逆变器离散化数学模型,将逆变器输出电流作为成本函数控制量,构建电流预测控制器。逆变器电流采用前2步预测,并使用矢量角补偿法对控制过程进行延时补偿。利用MATLAB/Simulink搭建光伏储能微电网仿真模型,对比分析传统控制和模型预测控制的电压电流响应。结果显示,所提方案在负载变化和光伏功率波动情况下,能提高直流母线电压稳定性,减小并网电流畸变率。     

基于NCP1252光伏逆变器辅助电源的应用

提出了一种宽输入电压范围的双管反激式开关电源作为光伏逆变器辅助电源方案。该开关电源具有多路直流输出,通过调节控制芯片输出脉冲的频率以适应直流输入在较大范围内变化,为光伏并网逆变器的开关器件驱动及控制电路提供稳定的直流电压。介绍了具有功能集成度高、价格低的NCP1252 PWM控制芯片的特性。分析了双管反激拓扑原理及优点,设计了变压器以及各关键电路。试验表明,辅助电源适应光伏逆变器输入直流电压的大范围波动,输出直流电压纹波在可以接受的范围内,可为光伏逆变器长期运行可靠供电。     

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。     

简化型Z源并网逆变器

针对传统Z源逆变器电路体积庞大、启动冲击大、输入电流断续造成直流电压利用率低,提出了一种简化型Z源逆变器拓扑.该拓扑在基本保持传统Z源逆变器升压能力的前提下,减少阻抗网络中高压电容的数量,用二极管为直通状态下的阻抗网络电感电流提供续流电路,减小了电路的体积及设计成本,同时该拓扑不存在启动冲击问题,保证了输入电流的连续.将该拓扑应用于三相并网系统,基于dq坐标系电流解耦及阻抗网络电容电压恒定的原则设计了控制系统.对其稳态输出、并网功率突变、输入电压扰动等情况进行了仿真分析,验证了拓扑的可行性及性能.     

基于双侧电压反馈控制策略的并网光伏系统电压稳定性研究

针对低电压穿越下并网光伏直流系统不稳定的问题,提出一种改进的双侧电压控制策略。前级变流电路引入电压反馈控制,形成电压反馈与最大功率跟踪(maximum power point tracking,MPPT)的混合控制,结合并网逆变器的电压反馈环路,在电压穿越时,对并网光伏直流系统进行综合控制,同时,为了实现前级电路电压控制和功率控制的自动均衡,基于母线电压实时值设计电压反馈环路和MPPT环路的自适应权重系数。为了证明改进策略在低电压穿越时对直流系统的稳定作用,基于RT-LAB平台搭建并网光伏系统的半实物测试环境,测试结果表明:相比于传统控制策略,在不采用Chopper电阻的情况下,双侧电压反馈控制策略能够在低电压穿越时将直流电压变化量从136 V降低到60.5 V,同时还能将并网冲击功率从3 955 W降低到2 264 W,不仅降低了变流电路的电流应力,还提升了光伏系统在低电压穿越时的稳定工作能力。     

基于双侧电压反馈控制策略的并网光伏系统电压稳定性研究

针对低电压穿越下并网光伏直流系统不稳定的问题,提出一种改进的双侧电压控制策略。前级变流电路引入电压反馈控制,形成电压反馈与最大功率跟踪（maximum power point tracking,MPPT）的混合控制,结合并网逆变器的电压反馈环路,在电压穿越时,对并网光伏直流系统进行综合控制,同时,为了实现前级电路电压控制和功率控制的自动均衡,基于母线电压实时值设计电压反馈环路和MPPT环路的自适应权重系数。为了证明改进策略在低电压穿越时对直流系统的稳定作用,基于RT-LAB平台搭建并网光伏系统的半实物测试环境,测试结果表明：相比于传统控制策略,在不采用Chopper电阻的情况下,双侧电压反馈控制策略能够在低电压穿越时将直流电压变化量从136 V降低到60.5 V,同时还能将并网冲击功率从3 955 W降低到2 264 W,不仅降低了变流电路的电流应力,还提升了光伏系统在低电压穿越时的稳定工作能力。     

新型并联谐振直流环节软开关逆变器

提出了一种新型并联谐振直流环节软开关电压源逆变器的拓扑结构。通过在传统硬开关逆变器的直流环节添加辅助谐振单元,使直流母线电压周期性地归零,实现逆变桥开关器件在零电压条件下完成切换,且辅助开关器件承受的电压不超过直流电源电压;通过控制辅助开关器件,可以减小直流分压电容存在的电压偏差,对其工作原理进行分析,给出不同工作模式下的等效电路图。通过5kW的样机试验,结果验证了该谐振直流环节逆变器的有效性。     

基于Z源电容电压变化的并网电流控制策略

Z源逆变器属于单级系统,具有结构简单,允许逆变桥同一桥臂上下功率器件直通,输出波形畸变小等优点,在光伏发电等输入电压变换范围比较大的场合具有很好的应用前景。在光伏并网系统中,并网电流的频繁变化将会对电网的电能质量带来负面影响。为此,本文结合单相Z源光伏并网逆变器的特点,提出了通过Z源电容电压变化来调节并网电流幅值的控制方法。该方法能够减小并网电流的波动,从而改善并网电流的波形质量。实验结果证明了该控制策略的有效性。     

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。