两级式逆变器母线电压二次纹波分析及抑制

针对前级采用Boost电路、后级采用单相全桥逆变电路的两级式逆变器,研究基于传统电压外环电流内环控制改进的方法,以解决抑制中间母线电压低频纹波的问题。由于输入功率是直流量,输出的瞬时功率中除了有直流分量外,还含有2倍于工频的脉动分量,导致输入输出功率不平衡,从而使中间母线电压含有二次低频电压纹波。该低频电压纹波会引起母线电容发热从而危及母线电容的运行寿命,会导致逆变输出电压波形出现削顶而产生畸变,还会影响系统的动态性能。为了解决母线电压低频纹波所带来的问题,提出了一种将输出功率前馈到前级直流变换器以实现母线电压低频纹波抑制的方法。仿真和实验结果验证了该控制方法的正确性和有效性,母线电压低频纹波得到很好的抑制。     

两级式逆变器前级电路两种控制下的损耗分析

传统控制下两级式逆变器中间母线电压存在较大二次纹波,降低了中间母线电解电容寿命;而利用逆变侧瞬时输出功率前馈控制前级直流变换器的方法可抑制该纹波,但其对电路损耗的影响未知。这里分析比较了这两种控制下两级式逆变器前级电路的损耗。运用器件Datasheet中伏安特性、开通损耗及关断损耗与电流的关系曲线,通过image2data软件提取参数,采用最小二乘法拟合得到伏安表达式和开关电流公式,结合变换器开关电压电流解析式,建立了器件损耗模型并进行预估。最后对比了实验测试损耗与理论预估损耗,证明了采用功率前馈控制时前级电路损耗更大。     

一种高效率低纹波电流的光伏电源逆变器设计

介绍传统光伏电源系统产生低频纹波的原因,为满足户用型单相光伏微逆变器功率输出要求,提出一种前级DC/DC升压环节和后级逆变环节的隔离型单相双级式光伏并网微逆变器。采用一种扰动直流母线电压参考值的方法,抑制了两级式逆变器直流输入侧存在的两倍交流输出频率电流纹波,提高了输出功率效率。基于数字信号处理器(DSP)28035控制的220 W光伏并网微逆变器实验证明了理论分析的可行性。     

H6型单相光伏并网逆变器并网电流的改善

由于并网逆变输出功率的二倍频脉动,使得非隔离单相光伏并网逆变系统前级解耦电容电压出现了二次电压纹波,进一步使得以电压外环和电流内环控制的逆变器并网电流参考值存在三次谐波。为有效地抑制并网电流的三次谐波,从母线电压角度出发,把采集到的电压值进行处理。本文提出了一种直流母线二次纹波电压的补偿方法,该方法能够显著改善并网电流质量,对并网电流三次谐波有较好地抑制作用。最后,通过仿真和实验结果证明了提出的补偿方法的有效性。     

一种高效率低输入纹波电流的光伏并网微逆变器

针对传统光伏系统存在热斑、整体效率低等问题,提出了一种高效率、低输入电流纹波的隔离型单相两级式光伏并网微逆变器。该微逆变器由前级DC/DC升压环节和后级逆变环节组成。DC/DC变换器采用有源钳位和倍压整流电路,使变压器原边开关管及副边整流二极管实现软开关,分析了其稳态下的工作原理并给出了变换器关键波形曲线;后级逆变环节应用软件锁相、脉宽调制等技术实现了逆变并网。提出了一种低成本的在中间母线电压环中加入扰动环节的方法,抑制了两级式逆变器直流输入侧存在的两倍交流输出频率的电流纹波。研制了一台220 W光伏微逆变器样机并进行了测试,实验结果证明了理论分析的可行性。     

直流侧电压高二次纹波率条件下的单相逆变器谐波削弱调制

传统的单极性与双极性单相逆变调制方法的推演是基于直流母线电压为理想恒定直流量的前提。在实际的单相系统中,交直流功率的耦合使得单相逆变器直流母线电压含大量二倍交流电压频率的纹波分量。若采取传统逆变调制,二次纹波分量又使得交流输出侧的三次谐波含量增加,影响交流输出侧的电能质量。文中采用双重傅里叶变换从理论上对输出电压的谐波特性进行评估,从而提出了一种在直流侧电压高二次纹波率条件下的单相逆变器谐波削弱调制方法。利用基于三阶广义积分器的增强型锁相环提取直流母线上的二次纹波分量,并通过在逆变调制系数中注入相反二次分量的方法,达到削弱输出侧三次谐波,降低交流总谐波畸变率的目的。最后,通过实验验证了所提主动调制方法的合理性和可行性。     

两级DC/AC变换器直流输入电流纹波抑制

两级单相逆变器的前级DC/DC变换器输入电流会含有较大的低频纹波电流,这会严重影响直流侧电源的寿命。此处基于电流反馈双半桥(CF-DHB)DC/DC变换器和全桥逆变器构成的两级DC/AC变换器,提出一种新的抑制输入电流纹波的方法,根据变换器的瞬时功率特性,计算出消除电流纹波所需的移相角,进而消除控制器输出量中的纹波分量。能够在保证交流输出电压质量的同时,显著抑制输入电流纹波,并且能够消除负载突变时的电流振荡。实验验证了所提控制方法的有效性。     

直流电压含二次纹波条件下并网逆变器输出谐波抑制

单相并网逆变器及电网电压不对称情况下的三相并网逆变器,直流母线电压均含有明显的二倍工频纹波分量。受该纹波分量影响,逆变器交流侧输出含有明显的三次谐波,影响逆变器输出电能质量。针对上述问题,利用双重傅里叶变换和开关函数法对并网逆变器的输出谐波特性进行了分析,在此基础上提出了抑制单相和三相逆变器输出三次谐波的改进脉宽调制方法。该方法根据直流母线电压修正调制波,无需提取直流母线电压纹波分量信息,算法复杂度低,易于实现。通过开关函数法详细证明了新型调制方法的可行性,给出了基于该调制方法的单相及三相光伏逆变器的控制策略。仿真验证了所提调制方法可显著降低直流母线电压含二次纹波条件下并网逆变器的输出三次谐波成分。     

不对称故障下两级式光伏并网系统低电压穿越控制

并网逆变器在传统低电压穿越控制中存在有功功率指令不明确,易受直流电压外环控制参数影响的问题。此外两级式光伏并网系统中前级DC-DC变换器根据直流母线电压波动情况被动调整光伏输出功率,导致光伏侧动态响应速度较慢。提出了一种结合超级电容的两级式光伏并网系统不对称故障低电压穿越控制策略,该策略重点关注低电压穿越期间光伏侧的输出特性,可根据逆变器的输出能力计算其可输出的最大有功功率,利用直流母线两端的超级电容变换器稳定母线电压,光伏升压变换器用于控制光伏功率出力以快速与逆变器有功功率出力匹配。仿真结果表明,在不对称故障下,所提方法可在稳定直流母线电压的同时,实现光伏侧输出功率的快速调节。     

两级式逆变器中前级直流变换器的控制方法

兼顾二次谐波电流抑制和动态性能改善是两级式逆变器中前级直流变换器的基本控制目标。该文从阻抗的观点出发,指出使前级直流变换器的闭环输出阻抗在二倍输出电压频率处呈现高阻抗,而在非二倍输出电压频率处呈现低阻抗是实现此控制目标的基本方法。采用与前级直流变换器的输出阻抗串联虚拟阻抗,并同时与中间母线电容并联虚拟阻抗的方法,实现了所提出的基本方法,并以Buck类的前级直流变换器为例,给出实现虚拟串联阻抗和虚拟并联阻抗的控制框图。通过对该控制框图进行等效变换,可推导得到现有文献中已提出的二次谐波电流抑制方法。最后,研制一台1 k VA原理样机,并通过理论分析和实验验证对这些不同控制方法的二次谐波电流抑制效果及对系统动态性能的改善作用进行对比。实验结果证明了理论分析的正确性。     

低输入电流纹波大升压比差动Boost型逆变器研究

为减少功率变换级数以及低频纹波对输入直流电源的影响,具有大升压能力和低输入纹波的单相逆变器具有重要的研究意义。本文深入研究了大升压比差动Boost逆变器电路拓扑、纹波抑制策略、电流纹波回路、输入电流反馈和输出电压复合控制策略。在传统波形控制基础上,通过输入电流反馈在输出滤波电容上叠加低频偶次电压来进一步减小输入电流中相应偶次谐波分量,使逆变器输出侧低频脉动功率在输出滤波电容与负载之间传递,阻断其向输入源传递;采用前馈与比例积分控制策略提高输出电压质量和输入电流质量。不同负载下的实验结果验证了这种变换器的可行性。     

不对称故障下低电压穿越的多目标解耦控制策略

在传统不对称故障低电压穿越控制中,囿于控制自由度有限,并网逆变器控制存在输出电流负序分量和直流侧电压二倍频波动抑制两个目标无法同时实现的问题。针对该问题,本文提出了一种不对称故障下两级式光伏并网系统低电压穿越的多目标解耦控制策略。该策略将逆变器的控制目标设置为输出电流负序分量抑制,给出了综合考虑逆变器输出电流限幅和无功输出需求的逆变器电流内环控制参考值计算方法;通过双向Buck-Boost变换器将超级电容接入直流母线电容两端维持其电压稳定,并将直流侧电压二倍频波动转移至超级电容输入侧进行抑制。仿真结果表明,在所提控制策略下逆变器三相间的不平衡度降低,输出电流畸变得到改善,直流侧电压二倍频波动相比传统控制方法明显减小。     

航空静止变流器的输入纹波电流特性研究

航空静止变流器(aviation static inverter,ASI)作为飞机电源系统的典型负载,其脉动的输入电流严重影响着直流电网的电能质量。针对航空静止变流器的输入电流特性进行研究。基于双重傅里叶开关函数法给出逆变环节输入电流中直流分量、二次谐波分量、载波次谐波和载波的边频谐波等表达式,为定量计算各电流分量提供了精确依据。推导二次谐波电流向高压直流电网侧传播的等效电路模型,从而揭示航空静止变流器输入端低频纹波电流的产生、传导及其影响因素。最后,通过仿真和实验验证理论分析的正确性。     

变频器用电解电容器的性能分析

电解电容器作为变频器／逆变器的整流滤波电容器,通常认为其最主要的参数是额定电压、电容量,通常采用电解电容器作为整流滤波电容器。实际上,对于三相桥式整流电路,输出母线上的电解电容器的主要作用是吸收直流母线上的整流纹波电流和由逆变器所产生的纹波电流。因而电解电容器的ESR、ESL以及由此而产生的阻抗-频率特性将显得比电容量更为重要。     

一种新颖的在线自校正死区补偿策略

为解决正弦脉宽调制(SPWM)电压源逆变器在低频和轻载时死区效应所导致的相电压、相电流畸变和转矩脉动等问题,提出了一种新颖的在线自校正死区补偿策略。该策略考虑了死区时间、功率器件管压降、开通时间、关断时间等对逆变器输出电流的影响,而且对直流母线电压和载波频率的波动进行了自校正在线计算补偿。最后,对输出电流进行了死区补偿前和补偿后的对比试验,结果表明该方法具有较好的补偿效果。     

基于高功率因数控制的永磁同步电机无电解电容驱动系统控制策略

永磁同步电机无电解电容驱动系统因其成本与寿命的优势,在白色家电领域逐步得到广泛的应用。然而,由于使用小容量的薄膜电容取代大容量的电解电容,母线电压会以两倍工频波动,在母线电压处于波谷时,逆变器输出电压容易饱和,导致控制性能恶化,网侧电流畸变。因此,提出了一种基于高功率因数控制的转矩控制环和电压矢量修正策略,能够有效提升网侧功率因数,抑制网侧电流谐波并符合IEC 61000-3-2标准。该算法的有效性通过仿真得以验证。