HERIC型并网逆变器及其直流分量抑制的研究

针对传统非隔离型逆变器并网时直流分量的注入问题,分析了典型单相全桥逆变器产生直流分量的原因,进而介绍了一种HERIC型并网逆变器。HERIC型逆变器的自身结构具有一定的隔离性,能够在续流状态下将直流电源与电网进行隔离。为进一步消除逆变器工作状态下的直流分量,提出了一种抑制直流分量的闭环控制策略,该策略通过在逆变器输出端口串联一个对直流分量具有无穷大增益的虚拟电阻,实现对直流分量的抑制。设计了一个400 V/20 A的逆变器并网系统,通过仿真实验对提出的方案进行验证,结果表明该方案在对直流分量的抑制上具有良好的表现。     

共直流母线开绕组异步电机零序环流抑制策略研究

相比于传统的单逆变器驱动异步电机调速系统,双逆变器供电开绕组异步电机(open-end winding induction motor,OEW-IM)系统具有容错性高、拓扑结构灵活、直流侧电压等级低等优点。但是,当双逆变器采用共直流母线接线方式时,共模电压会通过直流母线形成环流,产生额外损耗,影响系统效率和带载能力,加剧系统的老化。逆变器非理想因素和电机零序反电动势是产生零序环流的主要原因。该文针对共直流母线OEW-IM中零序环流抑制问题,提出了一种共模电压可控的空间矢量PWM调制方案。通过对单台逆变器共模电压的主动控制,实现对零序环流的抑制。同时,该空间矢量调制方案能够较好地抑制逆变器对地共模电压,进而有益于电机轴电流的抑制。通过构建共直流母线OEW-IM仿真和实验平台,对所提零序环流抑制策略的可行性和有效性进行了仿真和实验验证。     

Sepic矩阵变换器的双闭环控制研究

为提高矩阵变换器的电压传输比,加速其在电力传动领域的应用,在矩阵整流和交流斩波器的基础上提出了一种新颖的交直交型Sepic矩阵变换器。首先介绍单相Sepic逆变器的拓扑结构和工作原理,在此基础上进一步介绍基于矩阵整理和交流斩波的Sepic矩阵变换器的拓扑结构,然后分别阐述整流级和逆变级所采用的调制策略,最后通过仿真和样机试验证明该拓扑结构的正确性及调制策略的可行性。仿真和样机试验结果表明该系统的电压传输比能够达到1.0及以上,从而突破了传统矩阵变换器电压传输比最大为0.866的限制,且系统输出电压和电流波形的失真度很小,因此具有较好的研究价值。     

基于桥臂伏秒积平均反馈的逆变器及其并联系统直流分量抑制EI北大核心CSCD

抑制逆变器及其并联系统直流分量是保证电能质量和系统可靠性的重要要求。该文提出一种基于桥臂伏秒积平均检测和反馈的逆变器单机及其并联系统直流分量抑制方法。基于该方法实现的逆变器直流分量检测不依赖于输出电压和电感电流的采样精度,能够实现各并联逆变器直流分量的独立检测和解耦控制,且无需额外增加或改动硬件。理论分析了所提方案的检测和控制原理,并通过仿真和实验分别验证了所提方案应用于逆变器及其并联系统直流分量抑制的有效性。     

基于桥臂伏秒积平均反馈的逆变器及其并联系统直流分量抑制

抑制逆变器及其并联系统直流分量是保证电能质量和系统可靠性的重要要求。该文提出一种基于桥臂伏秒积平均检测和反馈的逆变器单机及其并联系统直流分量抑制方法。基于该方法实现的逆变器直流分量检测不依赖于输出电压和电感电流的采样精度,能够实现各并联逆变器直流分量的独立检测和解耦控制,且无需额外增加或改动硬件。理论分析了所提方案的检测和控制原理,并通过仿真和实验分别验证了所提方案应用于逆变器及其并联系统直流分量抑制的有效性。     

新型磁集成组合式Sepic变换器研究

为提高Sepic变换器的电压增益,同时减小电感电流纹波及变换器体积,研究了一种新型磁集成组合式Sepic变换器。将2组Sepic变换器结合在一起,提出组合式Sepic变换器的拓扑结构,并将其中2个储能电感进行磁集成。新型组合Sepic变换器具有较低的电感电流纹波,且其电压增益是传统Sepic变换器的2倍,在采用磁集成技术后,合理设计耦合系数,集成下的电感电流纹波明显减小。分析了该变换器的各项工作性能;应用PSIM仿真软件对理论分析进行仿真验证;最后制作实验样机对理论分析与仿真数据进行实验验证。     

一种改进的九电平高频逆变器

高频交流配电系统因具有暂态响应快、高功率密度、容易实现电气隔离、可实现无线功率传输等优点逐渐替代传统直流配电系统。现有高频逆变器存在使用多个输入源、开关器件多、硬件成本高、电路复杂、电路参数设计困难等缺点。提出一种改进的九电平高频逆变器,开关器件少,电路结构简单。该结构通过开关电容技术实现九电平输出,并对输出波形进行傅里叶分析,采用特定谐波消除法减小输出谐波。详细分析了逆变器的工作原理并设计相关参数。最后,通过仿真和实验验证了该逆变器的可行性。     

单相多模块电压源型逆变器

为实现低压直流到高压交流的变换,提出一种适用于低输入电压场合的单相多模块电压源型逆变器拓扑。产生同样大小的交流电压,电压源型逆变器(VSI)的直流侧电压仅需为传统H桥逆变器的1/3,因而更加适用于新能源发电系统和电池储能系统。介绍单相多模块VSI拓扑结构及工作原理,详细分析单极性PWM下电路运行特性,在此基础上完成电容器参数的设计,最后通过PSIM软件对该电路结构进行仿真,并搭建一个2k W的实验系统,对带有稳态负荷、阶跃负荷及感性负荷时的工作特性进行验证。仿真和实验结果表明,电容参数设计合理,提出的VSI具有较大的升压能力,并在阶跃负荷、感性负荷下依然具有良好的运行特性。     

有源箝位谐振直流环逆变器的PWM控制方案

提出了一种基于双幅有源箝位谐振直流环节逆变技术的脉宽调制(PWM)控制方案,以改变传统谐振直流环节逆变器只能采用离散脉冲调制(DPM)控制的现状,在保持原电路结构简单,软开关等优点的基础上,使逆变器具有更高的效率,明显改善了输出频谱.给出了PWM控制方案的工作原理,通过3kW实验系统的仿真和实验,证明了该控制方案的可行性和优越性.     

Quasi-Z源逆变器的建模分析与控制

Quasi-Z源逆变器是在Z源逆变器的基础上提出来的新型电路拓扑结构.分析了Quasi-Z源逆变器的工作原理,建立了其小信号模型,得出了直通占空比至直流母线电压峰值的传递函数.并设计了Qua-si-Z源逆变器的电压电流双闭环控制系统,该控制系统实现了对直流母线电压峰值的间接控制,能克服输入电压变化、负载变化等扰动的影响,使输出电压始终保持恒定,具有良好的动态性能和稳态性能.最后,通过仿真实验验证了控制系统的有效性.     

基于双向DC/DC变换器的单级逆变拓扑研究

单级式逆变器较传统的两级式逆变器结构简单、所用器件少、成本低、可靠性高,而且减少了同时高频开关工作的器件数目,降低了开关损耗,在中小功率应用场合具有明显的优势.本文提出一类新的隔离型单级逆变电路拓扑,它由两个双向DC/DC隔离变换器电路组合而成,包括Flyback、隔离Cuk、隔离Sepic 3种类型.对这类单级隔离逆变电路的工作原理及控制策略进行了理论和仿真分析研究,并在100VA 27VDC/115V400Hz单级式反激逆变器样机上进行了实验验证.实验结果与仿真结果一致,验证了该类电路和控制方案的可行性.     

A New Cascaded Multi-level Inverter Topology with Reduced Number of Components and Charge Balance Control Methods Capabilities

In this article, a new basic unit for cascaded multi-level inverter is proposed. This inverter is able to increase the number of output voltage levels and reduces the number of power electronic devices. To generate all voltage levels at the output, five different algorithms to determine the magnitude of DC voltage sources are suggested. This inverter is compared with conventional cascaded multi-level inverters. The comparisons show that the proposed topology needs fewer DC voltage sources and power switches, less variety of the magnitude of DC voltage sources, and smaller amounts of blocked voltage by switches. As a result, the installation space and total cost of the inverter decrease. As it is impossible to use charge balance control methods for the asymmetric cascaded multi-level inverters, the developed topology based on the proposed cascaded inverter–the sub-symmetric topology with the usability of charge balance control methods–is proposed. A new algorithm is proposed to determine the magnitude of DC voltage sources. In addition, full-wave and half-wave charge balance control methods are applied in the proposed developed topology. The accurate performance of the proposed topology by applying charge balance control methods is verified through the simulation and experimental results of an 81-level sub-symmetric inverter.     

风力发电机无速度传感器网侧功率直接控制

采用不可控整流和可控逆变的交直交结构作为直驱式永磁同步风力发电机的并网电路。从发电机转速、功率和直流母线电压之间的相互关系出发,提出利用直流母线电压进行转速观测实现无速度传感器。根据风力机特性和并网电路的功率模型,提出网侧功率直接控制实现最大风能跟踪。实现了有功／无功功率的解耦控制,并给出有功／无功的参考值选取范围。最后采用电流滞环方法进行逆变器控制。仿真结果验证了所提出的控制策略简单有效、具有良好的稳态精度和动态性能。     

一种单相双输入九电平逆变器及其调制策略

由于传统多电平逆变器存在电路结构复杂、功率器件多、控制复杂等缺点,提出一种单相双输入九电平逆变器,通过2个直流输入电源与电容的串并联实现九电平输出,拓扑结构简单,能够以较少的功率器件和电容数量产生更多的输出电平,谐波含量低,并且其多输入结构适用于分布式发电和微电网等领域。首先给出逆变器的电路结构和工作原理,然后设计逆变器调制策略,并分析电容充放电过程及其对电压波动的影响,实验结果验证了所提九电平逆变器及其调制策略的有效性和可行性。     

Dynamic modeling of DC–DC converters with peak current control in double‐stage photovoltaic grid‐connected inverters

In photovoltaic (PV) double‐stage grid‐connected inverters a high‐frequency DC–DC isolation and voltage step‐up stage is commonly used between the panel and the grid‐connected inverter. This paper is focused on the modeling and control design of DC–DC converters with Peak Current mode Control (PCC) and an external control loop of the PV panel voltage, which works following a voltage reference provided by a maximum power point tracking (MPPT) algorithm. In the proposed overall control structure the output voltage of the DC–DC converter is regulated by the grid‐connected inverter. Therefore, the inverter may be considered as a constant voltage load for the development of the small‐signal model of the DC–DC converter, whereas the PV panel is considered as a negative resistance. The sensitivity of the control loops to variations of the power extracted from the PV panel and of its voltage is studied. The theoretical analysis is corroborated by frequency response measurements on a 230 W experimental inverter working from a single PV panel. The inverter is based on a Flyback DC–DC converter operating in discontinuous conduction mode (DCM) followed by a PWM full‐bridge single‐phase inverter. The time response of the whole system (DC–DC + inverter) is also shown to validate the concept. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

一种新型正激式三电平逆变器

本文提出以正激变换器为基础的正激式三电平逆变器。该变换器电路结构由依次连接的输入高压直电源、三电平变换器、高频变压器、输出周波变换器、输出滤波器以及输出交流负载构成,具有高频电气隔离、电路拓扑简洁、两级功率变换（DC／HFAC／LFAC）、双向功率流、输出滤波器前端获得三电平低频电压波、负载适应能力强、适用于大功率变换场合等特点,能够将一种不稳定的高压直流电变换成稳定的正弦交流电压。和传统的正激式两电平逆变器进行比较,可以得出该逆变器能减小输出滤波电感、并能降低变换器主功率开关管电压应力的结论。同时,分析了该逆变器的工作原理,设计了控制策略,并通过仿真论证了该逆变器电压应力小、输出电压质量高等特点。     

Double input Z-source inverter applicable in dual-star PMSG based wind turbine

This paper proposes a new double-input Z-network for application in wind energy conversion system (WECS) which is composed of two same DC voltage sources as input sources, two inductors and one capacitor. As a result, the presented structure requires less capacitor number compared to traditional Z-network and it will be able to deliverer energy of both DC sources to local load or grid. The proposed inverter is applicable in dual-star PMSG based WECS, since it requires two DC voltage sources in same value. Besides, dynamic modeling of dual-star PMSG is presented to analyze proposed WECS connected to grid which employs dual-star PMSG and double-input Z-source inverter. The proposed dual-input Z-source inverter controls maximum power point tracking (MPPT) and delivering power to the grid. Therefore, other DC–DC chopper is not required to control two sets of rectified output voltage of generator in view of MPPT. As a result, the proposed topology requires less power electronic switches and the suggested system is more reliable against short circuit. The ability of proposed WECS with dual-star PMSG and double-input Z-source inverter is validated with simulation results and experimental tests using PCI-1716 data acquisition system.     

交流不对称故障下的LCC-MMC混合直流系统输送功率提升策略研究

将常规两端直流输电系统逆变站的电网换相换流器(LCC) 替换为模块化多电平换流器(MMC)所构成的混合直流输电系统,可结合两种换流器的优点而具有广阔的应用前景。在研究其基本稳态控制特性的基础上,重点分析了交流电网不对称故障引起的直流输送功率下降及中断问题。通过分析混合直流系统的交流故障特征,发现交流不对称故障发生在整流侧时易引起直流电压下降甚至输送功率的中断,发生在逆变侧时易引起直流系统电压异常。鉴于此,提出了基于MMC典型控制的附加直流电压控制策略,在其调制范围内通过降低故障时逆变侧的参考直流电压以提高直流系统的输送能力。若检测到本站直流电压的交流分量大小超过限定值,则附加控制策略自动投入,无需依靠换流站间的通信。最后,通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真验证了所提控制策略的可行性。     

应用于风电场内部组网的多端直流系统研究

提出了利用多端直流系统作为风电场组网方式时,网侧逆变器的控制策略。风电场多端直流系统由多个电压源换流器(VSC)并联组成,发电侧VSC控制风机向直流系统输送能量,再经网侧逆变器并网。根据状态空间平均法,得到VSC的动态数学模型及等效电路。以此为基础设计了网侧逆变器的解耦控制器,既能保持直流系统电压恒定,从而向交流系统传送有功,又能独立调节输出的无功,为交流侧提供电压支撑。数字仿真结果表明该控制器具有良好的性能。