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。     

A Novel Power Factor Correction System Based on Sliding Mode Fuzzy Control

In this study, a novel Power Factor Correction System based on Sliding Mode Fuzzy Control is presented. This structure is used as an AC/DC/AC drive system for asynchronous machine. Non-sinusoidal source current of the system is improved to a sinusoidal waveform by the novel Power Factor Correction System controlled by Sliding Mode Fuzzy Controller. Sliding mode control technique (variable structure control) is preferred because of its robustness. Additionally, fuzzy control algorithm is adapted to Sliding Mode Control for eliminating or reducing chattering problem. A DC–DC boost converter is used to provide DC-link voltage to the inverter Three-phase voltages for Space Vector Pulse Width Modulation technique are represented by a voltage space vector in α-β space using the Clarke transformation for two-level voltage source inverter. The harmonic performance of the AC/DC/AC drive system, source side and load side current waveforms, and total harmonic distortion (THD) values are given in figures. Experimental results show the significant improvement in source current with eliminated harmonics and increased power factor from 0.63 to 0.998 value.     

电网低次谐波电压下双馈风电系统定子谐波电流抑制

IEEE相关标准对分布式发电系统注入电网的谐波电流作出了严格的限制.通过分析电网低次谐波电压对双馈风力发电系统定子电流总谐波畸变率(THD)的影响发现,传统基于定子电压定向的双馈风力发电系统并网发电矢量控制策略在大容量变流器控制中存在着缺点,即因为控制带宽低而无法有效抑制电网低次谐波电压引起的定子谐波电流,从而在较大工...     

电网不平衡条件下的光伏并网发电控制策略

分布式发电系统通常呈现弱电网状态,容易出现电网电压不平衡的情况,此时由于常规控制方案不能处理负序分量,将影响系统内并网逆变器的正常工作。为此,提出了一种解耦双同步坐标系用于获取不平衡电压的正序相位和负序相位;接着分析了不平衡电网下的瞬时功率模型,且通过一个负序分量正序旋转变换矩阵将需要补偿的负序分量注入正序控制坐标系,并引入准谐振控制器对负序分量进行无差跟踪和抑制电网电压谐波的影响;进而实现直流侧电压纹波的抑制,保证最大功率点跟踪精度和较小的并网电流总谐波畸变率。最后,搭建了一个10kW光伏并网逆变器实验平台验证了该方案的正确性和可靠性。     

非理想工况下并网逆变器的谐波分析与抑制

为了抑制电网电压畸变、死区时间、直流电压脉动等非理想工况引起分布式电源并网逆变器产生大量的谐波电流,通过对并网电流谐波的机理分析和数学推导,提出了d-q坐标下的PI+双侧重复控制的复合控制策略,并对复合控制策略进行谐波抑制特性分析,同时给出复合控制策略的设计方案。分析结果表明,复合控制策略可以降低波形的总畸变率(THD)和稳态跟踪误差。通过Matlab/Simulink仿真,验证了机理分析的正确性和复合控制策略的有效性。     

负序及谐波畸变电网电压下双馈风力发电系统的改进直接功率控制策略

由于定子直接连接到电网,电网电压中的负序和谐波分量会严重恶化双馈风力发电机(DFIG)系统的运行性能,导致系统输出总电流三相不对称及谐波畸变、总输出有功功率及无功功率波动等,使得DFIG系统无法安全稳定可靠运行,且输出风电质量下降。同时考虑负序和谐波电网下DFIG系统机侧变流器和网侧变流器的运行状态,以改善DFIG系统总输出电流或功率质量为目标,研究基于二阶矢量积分器(SOVI)的DFIG系统网侧和机侧变流器改进直接功率控制(DPC)策略,改善DFIG系统的运行性能。实验结果验证了所提出的负序和谐波畸变电网电压下DPC策略的正确性及有效性。     

并网逆变器输出电压直流分量的研究

与独立工作的逆变器相比,并网逆变器不仅要保证低的输出电压谐波畸变率和高效率,而且要求输出电压与电网电压大小、相位一致,更重要的是必须保证有低的进网电流谐波畸变率,以免对电网造成污染.双Buck逆变器类似于半桥逆变器,输入侧分压电容的电压偏差受很多因素的影响.分析了输出电压中的直流分量与分压电容电压偏差的关系以及对进网电流谐波畸变率的影响,并进行了实验验证.     

一种带LCL滤波器的新型矩阵变换器控制策略

矩阵变换器由于输出电压、电流中存在的谐波成分对所带的负载有很大影响,引入电压、电流双闭环控制策略,提出一种带LCL滤波器的新型矩阵变换器.该变换器包含交-直(整流)和直-交(逆变)2级电路,其直流侧不需要储能元件,整流级和逆变级采用双向开关,在一定的约束条件下可降低开关的数量.分析了矩阵变换器的拓扑结构、双空间矢量调控算法、LCL滤波器设计及其在矩阵变换器逆变级的应用等.通过Matlab/Simulink软件进行了仿真实验,结果表明,带LCL滤波器的新型矩阵变换器能有效地降低输出电压、电流谐波,并能抑制输入侧谐波对输出电压、电流的影响.     

T型三电平并网变换器电流重构模型预测控制策略

T型三电平变换器是连接新能源和电网的关键设备,其电流传感器故障会导致控制策略失效,影响并网系统安全稳定运行。为提高T型三电平并网变换器可靠性,提出一种基于电流重构的模型预测控制策略。该策略分析相电流和电压矢量之间的关系,分别用直流电流、正常相电流和预测电流重构故障电流。重构故障电流所需的电压矢量按照重构方法分成两个电压矢量集合。连续使用预测电流重构故障相电流会导致重构电流积累误差。因此需要检测当前时刻电压矢量集合,确保下一时刻选择不同的电压矢量集合,避免重构电流积累误差。实验结果表明,在电流传感器故障后,所提策略可使T型变换器容错运行且并网电流拥有较低的电流总谐波失真率,提高了并网系统可靠性。     

一种新型Buck-Boost光伏逆变器研究

提出一种新型单级Buck-Boost光伏逆变器拓扑结构.该拓扑仅需5个功率开关和2个电力二极管,无需 直流分裂电容,开关频率低,通过调节占空比可在1个功率级内产生幅值高于或低于输入直流电压的交流电压,适用于AC模块.详细分析了所提逆变器的工作原理,并利用状态空间平均法建立了系统数学模型.采用SPWM控制方法,对系统进行...     

风电并网用全功率变流器谐波电流抑制研究

电网低次谐波电压和电力电子器件的非线性将使得风电并网变流器产生较重的并网谐波电流,为改善风电并网用全功率变流器系统的输出电能质量,在详细分析网侧变换器的谐波数学模型的基础上,提出一种抑制并网低次(5、7、11、13次)谐波电流分量的交叉耦合控制策略。该控制策略通过在多同步旋转坐标系下检测各次并网谐波电流的直流分量,采用电流交叉耦合控制方式实现对各次谐波电流的准确控制,详细分析并设计谐波电流交叉耦合控制器。所提控制方案考虑了各次谐波电流回路的交叉耦合影响,可有效降低各次谐波电流以及基波电流之间的相互影响作用,有利于提高系统工作的稳定性。仿真和实验结果验证了所提控制方案的正确性和可行性。     

电网电压不平衡下双馈型风电场可控运行区域及其控制策略

电网电压不平衡条件下,双馈感应发电机(DFIG)风电机组实现电磁转矩无脉动等不同传统控制目标时所需要的负序电流幅值不同。结合电网电压不平衡条件下电网侧变换器(GSC)与转子侧变换器(RSC)实现各传统控制目标时所需的负序电流幅值,通过详细分析等值DFIG风电场GSC与RSC的输出负序电流能力,得到基于不同电网电压不平衡度和系统有功出力的DFIG风电场可控运行区域。以该可控运行区域为基础,提出电网电压不平衡条件下DFIG风电场的多目标协调控制策略,即根据电网电压不平衡度及系统有功出力选择或切换系统最优控制目标,进而改善不平衡电压下DFIG风电场的运行能力及所并电网的电能质量。仿真与实验结果验证了所提方案的可行性。     

An accurate solution to line harmonic distortion produced by AC/DCconverters with overlap and DC ripple

A method to determine harmonic distortion levels produced by AC/DC converters with overlap and DC current ripple is provided. The exact values of individual harmonic magnitudes are calculated easily from waveform discontinuity points by using algebraic additions instead of integrations. The total harmonic distortion (THD) of the line voltage at the coupling point is expressed in closed form. The expressions derived can be used with confidence when investigating accurate harmonic levels produced by converter-fed DC drives     

小型永磁直驱风力发电并网变流器的控制方法

小型永磁直驱风力发电系统的并网部分由一个不控整流桥、两路并联Boost变换器和一个单相并网逆变器组成。分析了系统的并网电流控制方法：两路并联Boost变换器采用PI算法实现均流控制;并网逆变器采用无差拍控制实现电流的并网;分析了前后两级控制之间的关系。试制了3．5kW的并网发电逆变器样机,实验结果表明该方法具有良好的动...     

电网不对称故障下永磁同步风电机组低电压过渡的研究

电网导则要求并网风电机组在电网电压一定的跌落范围内不脱网运行。为了满足这一要求,建立了永磁同步发电机组网侧变流器的数学模型,分析了电网不对称故障时风电机组直流侧电压的波动机理,采用瞬时对称分量法求得网侧三相电压的正序和负序分量,在解耦控制中分别控制正序和负序分量。仿真结果表明,改进后的控制策略保持了逆变器三相电流对称,消除了直流侧二倍工频纹波,实现了电网不对称故障下风电机组的低电压过渡。     

Harmonics reduction of three-phase boost rectifier by modulating duty ratio

Line currents of three-phase diode bridge rectifier suffer from high THD. This THD is higher than IEEE standards. Injection of six harmonic components from the DC bus back to the duty ratio of the boost converter connected to the three-phase diode bridge rectifier reduces the THD of the utility line current. In this study a sine wave and a triangle wave with six times the fundamental frequency is presented. The analysis has been carried out to reduce THD of the utility line current of three-phase boost rectifier. The THD of the utility line currents depends on the amplitude and phase-shift of the six-order component injected to the duty ratio of the boost converter. A complete mathematical and simulation analysis of the injection technique has been carried out. The mathematical analysis and simulation results of 6 kW prototype system show the superiority of the proposed injection technique.     

变流器开路故障下永磁直驱风电系统运行分析

变流器是永磁直驱风电系统中故障率最高的器件,文中针对变流器故障后系统运行特性的变化,在变流器数学模型的基础上,深入分析变流器中一个开关管发生开路故障后的工作情况。研究表明:一个开关管发生开路故障后系统可持续运行,但会影响该变流器的正常工作,引起对应侧电流波形畸变。在MATLAB/Simulink环境下建立永磁直驱风电系统模型,并搭建永磁直驱风力发电实验平台,分别在3种不同的开路故障下进行仿真和实验,围绕机侧和网侧电流、直流母线电压、有功输出比例、总谐波畸变率,评估故障对系统运行特性的影响。根据仿真和实验结果得出变流器开路故障特征:一个变流器的开路故障对另一侧的正常运行影响较小,但故障器件对应侧的相电流出现波形畸变。     

Implementation of hardware-in-loop for DC-link voltage balancing in hybrid ac/dc microgrid using interlinking converter

Bipolar hybrid ac/dc microgrid (MG) controls a DC and AC bus at the same time, supplies local loads with local resources, and offers multiple levels of dc voltages to resources and services. The applications are getting more popular in power systems. Due to its vital tasks in numerous applications, the interlinking converter (ILC) is an utmost crucial portion of the MG system. From this study, a 10-switch converter is provided as an ILC for a hybrid MG, which gains from both two-level (2L) and three-level (3L) converters at the same time, and it can be used to a wider range of power levels. This work provides a space vector modulation (SVM) for a 10-switch converter to maximize dc-link voltage consumption and minimize total harmonic distortion (THD) compared with other modulation techniques. The behaviour of the suggested SVM is compared with that of sinusoidal PWM. The suggested SVM was evaluated using OPAL-RT to show that it used DC bus voltage more reliably and produced significantly less THD than existing techniques. Furthermore, grid-tied ILC's architecture is improved to reduce low-order harmonics and used for dc-link voltage balancing. A real-time (RT) digital simulator (OP-5700) was used to test the inverter control technique. In MG, this hardware-in-the-loop simulation provides an excellent environment for designing and verifying system-level control algorithms. Simulations were run in a MATLAB/Simulink environment and confirmed using an RT simulator to validate the feasibility of the suggested topology.     

基于PIR控制器的CSC-DPMSG-WGS低电压穿越控制

提出了一种基于比例—积分—谐振(PIR)控制器,且适用于电流源型永磁直驱风力发电系统(CSC-DPMSG-WGS)的低电压穿越运行控制方案。根据所提出的方法,电网故障时,通过机侧变换器控制来限制风力发电机的电磁功率,以实现机侧和网侧的功率平衡;网侧控制器在正序旋转坐标系下采用PIR控制器同时对正负序电流进行无差控制,以消除两倍基频的功率波动,进而稳定直流电流。仿真与实验结果表明,所提出的控制方案在电网对称及不对称故障下均可有效降低直流电流波动,并实现电流源型永磁直驱风力发电系统的低电压穿越。     

并网变流器有限控制集模型预测控制

为了提高带LCL滤波器的并网变流器的控制性能,设计了一种新型的有限控制集模型预测控制(FCSMPC)策略。交直流变流器采用LCL滤波器接入电网时可带来诸多优点,但也存在电网电流谐振,以及控制复杂度增加的问题。新方案通过将主动阻尼算法融合进FCSMPC控制器中可消除电网电流低次谐波,并降低对电网电压失真的敏感度。使用并网变流器实验平台进行新控制策略的稳态和瞬态测试,以及电网电压扰动下的测试。实验结果表明,所开发的新型控制方案能在电网电压失真条件下降低电网电流谐波含量,并具有较好的动态性能和鲁棒性。