高效非隔离单相并网MOSFET逆变器拓扑及控制策略

提出了一种采用金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)为开关器件的高效非隔离单相并网逆变器拓扑及与该拓扑相对应的控制策略。该新型非隔离单相并网逆变器拓扑可以消除共模电压的高频脉动,有效地抑制漏电流。提出的调制方法改变了逆变器的续流电流路径,使得续流电流只经过MOSFET,不经过通态损耗较大的体二极管,因而减小器件的通态损耗和完全消除了二极管的反向恢复损耗,提高了并网逆变器的效率。并对该拓扑的闭环控制策略和损耗分析进行了研究。最后通过仿真和实验验证了该拓扑及控制策略的有效性。     

一种新型低漏电流光伏并网逆变器的研究

提出了一种新型低漏电流非隔离光伏并网逆变器,该拓扑具有优秀的共模电压箝位效果,以及低的共模电流水平。在逆变电感续流时,提供一条两个开关管的续流回路,通过另一个开关管将电路桥臂中点对直流母线负端的电位箝位在1/2光伏阵列输出电压。通过一种有效的驱动逻辑,实现了两个续流开关管和箝位开关管的软开通。详细分析了该拓扑的各个工作模态,并与几种常用的非隔离光伏并网逆变器拓扑进行了比较。通过与Heric拓扑的对比实验证明了该拓扑的有效性和低的共模电流水平。     

新型非隔离光伏并网逆变器拓扑及其共模电流分析

提出了一种非隔离光伏并网逆变器拓扑,该拓扑在全桥逆变电路的基础上引入2个开关管构成一条新的续流回路,将电路桥臂中点对直流母线负端的电位钳位在0.5倍的输入电压(Uin),并将太阳能电池板与电网隔开.通过采用有效的驱动逻辑,实现了续流模态工作的2个开关管的软开通.详细分析了该拓扑的各个工作模态,建立了电路的共模等效模型,研究了共模电流频谱与电路参数和开关频率的关系.设计了1000W光伏并网逆变器样机,实验结果验证了所提拓扑的有效性.     

新型单相光伏并网逆变器共模电流抑制研究

针对现有非隔离单相光伏并网逆变器拓扑共模电流大、效率低等问题,提出一种新型非隔离单相光伏并网逆变器拓扑,该拓扑在单相全桥逆变器的基础上增加2个续流二极管,并将交流侧滤波电感移至逆变器下桥臂,使得开关周期内共模电压保持恒定,有效抑制了共模电流;同时高频开关管使用MOSFET,工频开关管使用IGBT,且避免引入额外的开关管,系统整体损耗降低.通过对3 kW系统的仿真和实验,验证了新型拓扑抑制共模电流的效果.     

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。     

一种不隔离三电平双Buck光伏并网逆变器

为提高变换效率,无变压器式光伏并网逆变器是近年来的研究热点。针对无变压器拓扑的漏电流问题,提出一种三电平双Buck光伏并网逆变器,是在独立型双Buck三电平逆变器基础上,简化其电路结构得到。对地寄生电容电压被输入电容钳位在母线电压的一半,消除了漏电流。该拓扑续流回路经过的器件较传统拓扑数量少,且不经过性能较差的体二极管,有利于获得更高效率。还提出和分析包括均压控制在内的多环控制策略。仿真和实验验证了该结构及控制方案的正确性和可行性。     

一种新型单相非隔离型光伏并网逆变器研究

针对传统单相非隔离型全桥光伏并网逆变器的不足,研究并设计了一种新型、高效率且具备漏电流抑制能力的两级式单相非隔离型光伏并网逆变器。该逆变器拓扑电路由前级Boost变换器与后级H6结构逆变拓扑级联而成。电流控制环采用比例谐振(PR)控制器来无静差跟踪给定的正弦电流,以提高并网电流质量。最后,通过一台2 kW的单相光伏并网逆变器样机,对理论分析结果进行了实验验证,结果表明该新型单相非隔离型光伏并网逆变器具有控制简单,变换效率高,可靠性高等优点。     

高可靠型非隔离三电平光伏并网逆变器

为解决二极管箝位三电平光伏并网逆变器存在直通危险而导致可靠性降低的问题,提出一种改进型三电平并网逆变器电路拓扑,将双降压式半桥逆变器的防直通结构引入传统二极管箝位三电平电路中,并结合光伏并网逆变器要求单位功率因数运行的特点省略了双降压式半桥逆变器的桥臂续流二极管,使得新拓扑十分简洁.详细分析了新型三电平逆变器的工作模态、运行方式、共模特性和控制策略,并通过仿真和实验验证了新型逆变器的防直通、定频滞环控制和低漏电流特性.     

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.     

非隔离型光伏并网逆变器软开关技术

非隔离型光伏并网逆变器的电路拓扑技术和市场应用得到了充分发展和广泛普及。该文讨论非隔离型光伏并网逆变器的软开关实现技术的可行性和实现方法,为下一代高功率密度非隔离型光伏并网逆变器打下基础。为此,该文提出一种兼顾直流母线极性和独立零矢量续流结构的并联型双谐振网络的软开关实现架构,取名为"续流谐振腔逆变器"。在新型软开关架构的指引下分别以零电压和零电流两种软开关实现为目标,通过谐振轨迹规划、基本谐振单元和拓扑改造优化等步骤,完成当前市场主流非隔离型光伏并网逆变器拓扑的软开关化升级。同时,讨论了软开关非隔离型光伏并网逆变器的漏电流和非单位功率因数运行等关键技术问题,并给出建议的解决措施。进而挑选ZVT-Heric和ZCT-Heric为例搭建了3kW功率等级实验样机,进行了原理验证。最后总结分析了软开关非隔离型光伏并网逆变器的技术特点和面临的挑战。     

谐振过渡软开关单相PWM并网逆变器

分析了对小功率光伏并网逆变器拓扑结构的要求,简单介绍了几种典型的并网逆变器的拓扑结构,指出了各个拓扑结构的优缺点、效率和适用场合。给出了一种利用软开关技术的单相全桥并网逆变器的拓扑结构(DC/AC),分析了其工作过程,通过谐振可以实现主功率开关的零电压开通和关断,而且辅助开关和二极管都是零电流开通和关断,大大减小了功率器件的开关损耗,提高了逆变器的效率。最后,介绍了开关器件的选择问题。     

一种改进的正反激并网微型逆变器

反激逆变器存在输出电流纹波大、功率容量小等缺点;交错并联反激逆变器存在开关器件多、控制方式复杂等缺点。针对上述问题,提出一种双变压器有源钳位正反激光伏并网逆变器结构,该逆变器二次侧仅用两个开关管,控制方式简单、可靠性高;采用双变压器可以分担功率、减小单个磁性元件尺寸。对该逆变器的电路拓扑、电流控制策略、稳态原理、特性等进行深入分析。最后通过仿真和实验验证了该逆变器结构的可行性。     

一种低漏电流六开关非隔离全桥光伏并网逆变器

为满足非隔离光伏并网发电系统对共模漏电流的限制,提出一种六开关逆变器拓扑(H6拓扑)。所提出的H6拓扑在功率传输模态时,进网电流半个工频周期流过3支开关管,而另半个工频周期流过2支开关管,故相对于H5拓扑,降低了通态损耗,有利于热应力均衡,且仍满足续流阶段光伏电池输出端与电网脱离的要求。详细分析拓扑的工作原理,并推论给出H6非隔离光伏并网逆变器的其它3种拓扑结构;比较分析了H5拓扑、Heric拓扑和H6拓扑的损耗和成本。通过1kW通用样机平台对比验证了上述3种拓扑的效率和共模特性。实验结果表明,H6拓扑的变换效率高于H5拓扑、但略低于Heric拓扑,共模特性优于Heric拓扑、但略劣于H5拓扑。     

An FPGA-based switching photovoltaic-connected inverter topology for leakage current suppression in grid-connected utilizations

This study presents a symmetrical photovoltaic (PV)-connected inverter topology for eliminating the common-state leakage current in grid-connected inverters. A new inverter topology is introduced that minimizes the leakage current, increases efficiency, and is economically viable because it consists of six power switches and two power diodes that, compared with similar ones, consist of the same element numbers. In this inverter, power losses are lower than popular topologies such as H5, H6, and HERIC, and the voltage stresses of the switches are reduced. These features are due to the unique composition of the inverter branches and the location of the switches and diodes and the formation of a suitable freewheeling path for the current. The freewheeling path separates the alternating current (AC) side from the direct current side in the converter and cuts off the PV array leakage current to the AC grid. This will improve network reliability indices and maintain conservation standards. Finally, the content of this method is validated by comparing the proposed inverter with the existing conventional topologies. A prototype has been implemented for the performance analysis of the proposed inverter and results presented.     

新型高效率两级式单相光伏并网逆变系统的研究与应用

为了使两级式单相光伏并网逆变器在具备漏电流抑制能力的同时具有较高的转换效率,提出了一种新型高效率两级式单相光伏并网逆变系统。该系统采用前级为ZVS Boost升压电路,后级为H6逆变拓扑的结构。分析了它们各自的工作原理,研究了该光伏并网逆变系统的整体控制策略。最后,搭建了所提出的两级式单相光伏并网逆变系统的实验平台,对理论分析进行了实验验证,结果表明所设计的光伏并网逆变器不但具有较高的入网波形质量,而且有很高的转换效率,其最高效率可以达到97.26%。     

单级式单相太阳能光伏并网逆变系统的设计

对于太阳能光伏并网逆变系统,转换效率是至关重要的。目前系统采用得比较多的是多级式变换的拓扑结构,虽然这种结构控制相对简单,但转换效率由于变换级数的增加而难以提高。而单级式拓扑结构具有电路简单、可靠性高和高效低功耗等诸多优点,随着现代电力电子技术以及数字信号处理技术的飞速发展,系统拓扑结构引起的控制困难正在逐渐被克服,单级式拓扑结构越来越多的成为太阳能光伏并网逆变系统设计的首选。该文设计一3KW的单级式单相太阳能光伏并网逆变系统,在Mat-labR2006a/Simulink仿真环境下进行仿真实验,验证了系统设计的正确性。     

A novel step-up topology for multilevel power conversion

Renewable energy sources employ a power conditioning unit for injecting power into the grid. Such resources of small capacity are characterized by low generated voltage and thus require a high voltage boost at the inversion stage. This paper proposes a novel transformer-less, single-phase grid-connected, 13-level inverter to yield the voltage boost. The presented topology is realized through 12 unidirectional switches, 2 diodes, and 3 capacitors. A single-stage circuit synthesizes 13 levels with a single input source and yielding an overall voltage gain of six. The adapted modulation technique is robust enough to keep the capacitors self-balanced for all values of the modulation index. The proposed topology is modular and cost-effective in comparison to other similar typologies due to reduced device count and space requirement. The presented topology is validated experimentally with satisfactory operation in yielding input voltage boost by a factor of six.     

一种共地型低开关纹波光伏微逆变器

提出了一种只包含3个开关的单相非隔离光伏微逆变器拓扑结构。该逆变器为交流侧和直流侧共地的拓扑,从而完全消除了共模漏电流。针对该拓扑还提出了一种调频控制策略,以抑制逆变器直流侧的2倍频功率振荡。此外,在该逆变器的交流侧配置一个小容量的单电感滤波器。将滤波电感与该逆变器的内部电感进行磁集成,以构建纹波转移通道,并通过合理设计耦合系数即可将滤波电感上的开关电流纹波转移至该逆变器的内部电感,进而有效抑制并网电流的纹波。最后,搭建了额定功率为420 W的实验室样机,验证了所提逆变器的有效性。