基于虚拟阻抗的两级式逆变器二次纹波电流传播特性及抑制策略

两级式单相逆变器的输出瞬时功率包含2倍于输出电压频率的脉动功率,致使前级DC/DC变换器的输入存在二次纹波电流。前级DC/DC变换器控制环路的优化是解决该问题有效且低成本的方法。通过环路等效,给出了单环控制以及双环控制的等效电路模型,基于虚拟阻抗的概念分析了电压外环以及电流内环在二次纹波电流传递过程中的作用。在此基础之上,解释并归纳了现有控制策略的抑制原理,指出其中存在的局限性,并给出了2种优化方案。最后,构建了1.5 kVA两级式单相逆变器原理样机进行了仿真及试验验证,验证了分析方法的可行性以及控制策略优化的有效性。     

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。     

两级式单相逆变器的二次功率解耦控制

两级式单相逆变器由前级DC/DC和后级DC/AC组成,通常利用负载电流前馈提高DC/DC的动态响应能力,但DC/AC输出瞬时功率的二次脉动,会由前馈通道使DC/DC的输入源产生二倍频电流。为了消除负载瞬时功率脉动对前级DC/DC的影响,提出在电压环引入串联虚拟阻抗以及增加电流环有功指令的前馈解耦控制方法,并推导出2条前馈通路的最优组合方式。在此基础上给出串联虚拟阻抗和有功电流前馈的优化选取方法以及控制器参数设计思路。该方法不仅能有效抑制输入侧的低频纹波电流,保证了系统的稳态性能,而且能够完整快速提取前馈分量,提高了DC/DC负载突变时的响应速度,实现了前后级之间的二次功率解耦。理论分析表明,所提控制既能满足二倍频电流抑制要求,又增大了电压环带宽,系统的动态特性更强。仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性。     

两级式单相逆变器输入电流低频纹波分析及抑制

50Hz单相逆变器时变特性导致前级直直变换器输入电流中含两倍频100 Hz低频纹波,将有可能诱发变换器之间相互作用问题,如稳定性问题、输入纹波电流限制等。基于反向电流增益Ai(s)(输入电流对输出电流)模型,提出一种新的方法,用于分析直直变换器低频纹波特性。建立不同控制方式下的Ai(s)模型,并通过SABER软件仿真得到验证。指出并验证平均电流控制方式相比电压控制方式及开环控方式,在输入电流低频纹波抑制方面更有效,并基于Ai(s)模型给出相关的设计准则。最终给出不同控制策略下输入电流低频纹波仿真及实验作为验证。     

两级式逆变器输入低频纹波电流抑制

两级式逆变器的前级DC/DC变换器输入电流含两倍交流输出频率交流分量,该纹波电流会缩短分布式发电系统中蓄电池、燃料电池等的使用寿命.这里基于电流反向增益交流小信号传递函数,分析了不同控制方式下推挽正激DC/DC变换器输入纹波电流幅值,研究了平均电流控制方式下参数设计方法,采用提出的设计方法,可将输入电流低频纹波减小至5...     

两级式逆变器中间母线电压低频纹波抑制

两级式单相逆变器输出电压和电流都是低频交流电,输出瞬时功率中除含有直流量外还含有2倍输出频率的脉动量,造成中间母线电压出现二次纹波分量。为解决逆变环节产生的谐波引起母线电容发热从而危及母线电容的运行寿命以及母线电压脉动可能导致逆变输出电压畸变的问题,提出了一种通过改变前级直流变换器外环电压控制器参数以实现母线电压低频纹波抑制的方法,并研究了两级式直交逆变器中间母线电容电压特性,通过分析逆变环节输入电流中直流分量、二次谐波分量等表达式,从而揭示两级式逆变器中间母线电容低频电压纹波的产生及其影响因素。方法中前级直流变换器、后级逆变器均采用电压电流双闭环控制。仿真和实验结果表明该控制方法是正确、可行的,且母线电压低频纹波抑制效果明显。     

基于虚拟阻抗且提高系统带宽的抑制两级式逆变器中二次谐波电流的控制策略

两级式单相逆变器的瞬时输出功率中存在脉动功率,使得前级直流变换器中产生二次谐波电流。为了减小该二次谐波电流,本文提出了基于虚拟阻抗的二次谐波电流抑制方法,并针对虚拟阻抗为电阻的情形,给出了一种闭环参数的设计方法。为了提高带宽,提出一种带有带通滤波器电感电流反馈的二次谐波电流抑制方法,并在带通滤波器中加入阻尼电阻,使得该种控制方法不仅能显著减小前级直流变换器中的二次谐波电流,还能改善变换器的动态特性,并保证系统稳定工作。最后,研制了一台1kV·A原理样机并进行了实验验证,实验结果证明了所提出控制策略的有效性。     

多端口分布式新能源输入低频电流纹波抑制

为实现对分布式新能源输入低频电流纹波的有效抑制,提出了一种应用于分布式新能源发电的多端口两级式DC/AC逆变器及其控制方法,其中输入直流源提供负载功率所需的直流分量,第三端口提供负载交流功率纹波。详细分析了所提三端口两级式逆变器的拓扑结构及其工作模式,讨论了为实现输入低频电流纹波抑制所需的电路关键参数计算方法及系统控制策略。最后通过搭建的95 W原理样机对所提拓扑及其低频电流纹波抑制策略开展了实验验证,实验结果证明该拓扑能够在实现纹波消除的同时获得高质量的输出波形。     

两级式单相光伏逆变器并网过电压抑制策略研究

随着高渗透分布式光伏电站接入低压配电网,其并网点过电压现象日益严重。以两级式单相NPC三电平并网逆变器为例,提出了一种基于有限控制集模型预测控制（finite control set model predictive control,FCS-MPC）的过电压抑制方法。采用改进的粒子群优化（particle swarm optimization,PSO）算法追踪光伏阵列的最大功率点（maximum power point,MPP）,将其作为有功功率参考值。分析光伏电站接入配电网造成过电压现象的原因,利用逆变器的无功调压理论,得出逆变器的无功功率参考值。通过目标函数的设计,使得逆变器输出时变的有功功率和无功功率,从源侧解决了光伏并网的过电压问题。在Simulink仿真中进行验证,结果表明：相比扰动观测法和电导增量法,改进的PSO算法稳态震荡和跟踪误差最小,跟踪效率最高;当并网点出现过电压现象时,所提的过电压抑制策略可以使逆变器输出一定的无功功率,将并网点电压调节到安全范围以内。     

具有电压前馈的两级式逆变器的稳定性分析

针对两级式逆变器因负载突变引起的电压不稳定问题,提出了带有电压前馈和有效值反馈比例积分(PI)补偿器控制两级式逆变器运行。前级变换器采用有源超前滞后补偿器的电压环控制直流母线电压稳定。基于小信号数学模型,给出了前级变换器闭环输出阻抗和后级变换器闭环输入阻抗,并引入Dr.Feng判据分析了两级式逆变器在空载和满载下的稳定性。根据Dr.Feng判据的分析结果,推出在电压前馈和有效值反馈PI补偿器控制下,两级式逆变器可实现空载和满载切换运行。最后,通过仿真和实验结果的分析,充分证明了该控制方式的可行性和有效性。     

单相光伏逆变器直流母线电压二次波动对系统影响的分析与抑制

基于传统双闭环控制策略的单相光伏并网逆变器会造成直流母线电压的二次波动,导致并网电流中含有三次谐波,影响输出电能质量。针对上述问题,在分析直流母线电压二次波动产生机理的基础上,文中提出一种在直流母线电压采样前加入周期积分器的双闭环控制策略。该控制策略能够消除因直流侧二次波动导致的并网电流三次谐波,有效抑制直流母线电压二次波动对系统输出电能质量造成的影响。仿真和实验验证了该方法的正确性与有效性。     

计及脉冲分配的不对称型电流源逆变器直流侧纹波电流抑制EI北大核心CSCD

单相电流源逆变器输出功率含有二倍频分量,使得直流侧功率存在二倍频波动,如果采用较小的储能电感,会产生较大的电感电流低频纹波,增大电感损耗,同时也不利于逆变器输出滤波电路的优化设计。针对这种情况,该文通过分析所设计的不对称型单相七电平电流源逆变器各电感电流在输出侧的功率分配情况,提出一种计及脉冲分配的功率前馈控制策略。仿真和实验结果表明,在满足储能电感轻量化的前提下,所提控制策略能够有效抑制电感电流低频纹波,减小输出电流低次谐波含量,验证所提逆变器和控制策略的正确性。     

单相准Z源逆变器二倍频纹波的抑制及应力分析

单相准Z源逆变器(Quasi-Z-Source Inverter,QZSI)可在单级系统中实现DC-DC与DC-AC变换,但其直流侧含有二倍频纹波,在应用中受到限制。讨论基于有源功率解耦的单相QZSI二倍频纹波抑制方法,针对逆变器有输出无功的情况,提出逆变器功率因数角在[-π/2,π/2]内变化时桥臂的电压、电流应力分析和推导方法。基于电压应力最小原则,给出新增回路交流解耦电容取值及其电压参考值的整定方法,并设计闭环控制策略。最后,通过仿真及实验结果验证相关理论的正确性和有效性。     

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。     

直流侧低频电流纹波优化的单相全桥逆变器设计

为了优化单相全桥逆变器的直流链路上的电流纹波,本文设计了一种增强型的单相全桥逆变器及其控制策略,可有效降低直流链路电流纹波,并同时在交流输出端提供了优质的正弦电能。加强型全桥逆变器增设了一对额外的开关,通过设计了互补控制方案,可防止双倍频纹波电流流入逆变器的输入端,直流输入侧仅需提供输出功率的直流分量。最后,试验结果验证了所设计的增强型单相全桥逆变器的效果。     

两级式单相逆变器输入谐波特性分析及抑制

两级式单相逆变器的输出瞬时功率存在系统输出频率两倍的功率脉动信号,从而导致前级DC/DC变换器的输入电流存在同样脉动频率的谐波,严重影响了输入电源的使用寿命.分析了两级式单相逆变器输入电流二次谐波的来源,指出了从抑制电感电流脉动角度来达到抑制输入电流脉动方法的局限性.提出了在电路现有的采样点上,利用乘法器与带通滤波器提取输入电流脉动,并同时通过反馈电感电流实现对输入二次谐波电流的抑制策略.1 kVA原理样机实验结果显示所提出的控制策略对二次谐波电流脉动的抑制直接、有效,且有利于系统动态的提高.     

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。     

具有低频电流纹波抑制功能的电流型桥式光伏微逆变器

合理的低频电流纹波水平能有效增加微逆变器的寿命,提高光伏电池的输出功率。文中提出一种器件复用的电流型桥式变换器,作为两级式光伏微逆变器的前级,针对该变换器提出了一种双占空比调制策略,分析了在该策略下变换器的工作原理,在此基础上提出了一种可实现光伏电池侧低频电流纹波抑制的策略。分析了变换器的小信号模型,分别设计了升压电感电流内环、光伏电池电压外环以及低压侧电压环的调节器参数,并通过根轨迹验证了在整个光伏电池运行范围内变换器均能稳定运行。实验样机运行结果验证了分析与设计参数的正确性。     

基于双主动桥输入输出电流协调控制的二次纹波电压抑制策略

单相电力电子变压器(PET)隔离级传输二次脉动功率较少且不可控,使其直流侧出现较大幅度的二次纹波电压,将影响系统供电质量以及供电可靠性。在传统双主动桥(DAB)降阶等效模型中加入开关电阻、变压器磁化电感和铜耗电阻,提升了二次脉动功率传输的准确性;在DAB控制中,电流内环采用比例-积分-谐振(PIR)控制,并引入低压直流侧二次纹波电流前馈,使高低压直流侧二次脉动功率向负载侧稳定传输,高低压直流侧二次纹波电压幅值显著减小;为加快控制器动态响应速度,对控制器关键参数进行优化设计,最后通过仿真和实验验证了所提方法的有效性。     

基于改进调制的两级式单相光伏并网逆变器前级二次谐波抑制

为抑制两级式单相光伏并网逆变器前级电路中的二次谐波电流,利用开关周期平均模型对前级电路中二次谐波电流产生的原因进行了分析,基于此提出了抑制二次谐波电流的改进调制方法。该方法根据实时采样得到的母线电压修正占空比,无需复杂的运算处理,易于实现。进一步分析了改进调制方法下前级Boost电路的小信号传递函数,提出了欠阻尼条件下基于微分先行PID算法的光伏电池最大功率点电压跟踪方法。仿真表明,改进后的两级式单相光伏并网逆变器最大功率点跟踪过程振荡小,光伏电池输出电流平稳,二次谐波电流抑制效果显著。