单相级联多电平光伏并网逆变器控制策略综述

级联多电平逆变器不仅能够实现各级光伏阵列的最大功率点跟踪,提高光伏利用率,而且具有系统开关损耗小、能量变换效率高以及并网电流谐波含量低等优势,在大规模光伏并网系统研究和工程应用领域备受青睐。综述了近年来级联多电平光伏并网逆变器控制策略的研究成果,依据各个级联单元的调制比配置方式不同,将变换器的功率平衡控制策略分成了三类,在分析各类控制原理和特点基础上,推导出了系统功率平衡控制策略的约束条件公式,进而指出了级联多电平光伏并网逆变器拓扑结构和控制策略的改进方法。     

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。     

考虑模块功率差异的准Z源级联多电平逆变器系统参数设计与并网控制方法

准Z源级联多电平逆变器(quasi-Z-source cascaded multilevel inverter,QZS-CMI)是准Z源与级联H桥逆变器的结合,兼具两种拓扑的优点。将其运用于光伏发电系统,当QZS-CMI模块间功率差异过大时,存在并网电流畸变,甚至难以维持系统稳定运行的问题。基于此,根据QZS-CMI原理推导了模块功率比值约束条件,分析已有控制方法在不满足约束条件时出现并网电流畸变的原因。定义模块功率差异度β,推导出β与直流母线电压、级联模块数的量化关系。所得结论可用于直流电压参考值整定或指导级联模块数选取。当实际系统的功率差异度大于设计值时,提出自动功率平衡的最大功率点跟踪算法对不满足约束条件的模块进行降额运行,以避免并网电流畸变。通过主从式功率分配的并网控制及多调制波移相SPWM调制方法,实现了直流母线电压平衡及模块级最大功率点跟踪。最后,通过四模块级联QZS-CMI的仿真及样机实验,验证了理论分析和方法的正确性。     

准Z源级联多电平光伏并网逆变器3次谐波补偿策略

光伏组件遮挡、老化等问题会使单相准Z源级联多电平逆变器单元间功率不平衡,严重时功率较大的单元会过调制,导致并网电流畸变甚至影响系统稳定。针对此问题,对单相准Z源级联多电平逆变器进行模型分析,阐述了过调制机理和最优3次谐波注入原理。在此基础上,提出一种优化的3次谐波补偿控制策略。该方法不仅能保证系统最大功率输出和单元间直流母线电压平衡,而且能根据拟合曲线选择出最优的3次谐波补偿系数,扩大逆变器运行范围,确保严重功率不平衡时所有单元都不过调制,抑制并网电流畸变效果明显。仿真和实验结果均验证了所提控制策略的有效性。     

推挽正激式准单级高频环节光伏并网逆变器

分析研究了推挽正激式高频环节光伏并网逆变器的电路拓扑、开路电压法与变步长扰动观察法相结合的双模式最大功率点跟踪(MPPT)控制、输入电压外环和输出电流内环的双环PWM控制策略,给出了关键电路参数设计准则。该电路拓扑是由推挽正激式直流变换器和极性反转逆变桥级联构成,属于准单级电路结构。DC 1 kVA 48 V/220 V 50 Hz光伏并网逆变器样机的设计、仿真与实验结果表明,该光伏并网逆变器具有高频电气隔离、准单级功率变换、MPPT准确、极性反转逆变桥功率开关电压应力低且为零电压零电流开关(ZVZCS)、变换效率高、并网电流质量高等优点,在中小容量光伏并网逆变场合具有重要应用价值。     

准Z源型三相并网光伏发电系统控制策略

为解决三相准Z源逆变器光伏并网高性能控制与系统成本之间的矛盾,提出了一种基于准Z源网络拓扑的单变量电导增量最大功率点跟踪算法,仅需检测直流环节的电流就可以实现对光伏电池阵列的最大输出功率跟踪,降低了检测系统成本,提高了跟踪速度。为提高逆变器直流侧电压利用率,降低开关器件的电压应力,采用了三次谐波注入脉宽调制方式。为提高逆变器性能,采用了直流升压和并网逆变两级控制思想、多闭环协调控制策略,其中功率外环通过调节直通占空比实现最大功率点跟踪;直流侧电容电压闭环完成直流母线电压的间接稳压控制和并网有功指令电流生成;电流内环实现对并网电流精确控制。仿真和实验结果证明了控制策略的正确性和可行性。     

级联多电平准Z源逆变器的无差拍并网控制策略

以单项级联准Z源逆变器为研究对象,以提高动态响应速度和减小并网电流总谐波畸变率为研究目标,提出一种总分式无差拍并网控制策略。首先,针对级联型准Z源逆变器各模块输入功率有差异的特点,定义模块功率比例因子并将其应用于模块功率控制,实现各模块差异化功率分配和最大功率输出,并实现各模块直流链电压平衡。其次,建立并网电流与系统反馈状态量模型,采用无差拍控制策略实现并网电流快速控制。最后,通过建立仿真模型验证了所提算法的有效性和正确性。     

级联H桥多电平并网逆变器的模型预测控制研究

模型预测控制由于具有动态响应好、电流跟踪能力精确等优点,现今它已在功率变换器领域成为一种有前景的控制技术。采用一种改进型模型预测控制策略,主要研究级联H桥多电平逆变器的模型预测并网控制,解决多电平并网逆变器计算量大、难以在线实施控制的缺点。以dSPACE/DS1104作为控制器,级联H桥7电平光伏并网逆变器为硬件平台,通过实验验证模型预测控制技术在光伏并网逆变器控制上的优越性能,分析不同功率因数下并网逆变器对电网电流的影响。     

总线并行CPU分时复用能量管理控制准单级分布式光伏逆变器

针对光伏电池失配导致的功率损失以及如何减少分布式光伏逆变器的功率变换级数、电流传感器数量等问题,该文提出一种总线并行CPU分时复用最大功率输出能量管理控制准单级反激型分布式光伏并网逆变器,并对构成这种逆变器的电路拓扑、总线并行CPU分时复用最大功率输出能量管理控制策略和工作模式、占空比表达式等稳态原理特性进行深入的研究,获得重要结论。该电路拓扑是由带多输入选择开关串联电路的单向反激直流变换器和极性反转桥级联构成,该控制策略是通过控制并网电流瞬时值和多输入源输出功率之比间接地实现多个光伏电池的最大功率输出能量管理,采用总线并行CPU分时复用实现方案并仅需1个电流传感器和1个控制芯片。设计并研制的500W 27~39V DC/220V50Hz AC分布式光伏并网逆变器样机,具有光伏电池利用率高、变换效率高、并网电流质量高、低电压穿越能力强、成本低等优良性能,为小功率分布式光伏发电提供了一种有效方法。     

Z源/准Z源逆变器在光伏并网系统中的电容电压恒压控制策略

Z源逆变器(ZSI)/准Z源逆变器(qZSI)利用独特的阻抗源网络和直通调制手段,可在单级系统中同时实现升/降压和直流-交流逆变的功能,适用于具有较大输入电压变化的光伏并网发电系统。本文以具有连续电流输入的电压源型准Z源逆变器为例,分析了基于ZSI/qZSI的光伏并网系统工作原理;针对ZSI/qZSI特殊的直通占空比与逆变调制系数制约关系,推导出ZSI/qZSI正常工作条件下的电容电压范围,提出ZSI/qZSI光伏并网系统的电容电压恒压控制策略。该控制策略将最大功率点跟踪(功率控制)和光伏系统入网电流控制(电能质量控制)解耦,简化了控制器设计,实现了ZSI/qZSI光伏并网系统的闭环控制和最大功率点跟踪,同时可确保在同等输出输入电压比的情况下开关器件电压应力最小。