单相Boost型SPWM并网逆变器研究

论述了单相Boost型并网逆变器的电路拓扑、工作模态和两种正弦脉宽调制(SPWM)控制策略,深入研究了改进SPWM控制单相Boost型并网逆变器存在的储能占空比与电压传输比不平衡引发的现象,以及基于调制函数推导了逆变器储能电感电流的交、直流分量与电路参数之间的关系,揭示了该逆变器存在储能电感值大、储能电感电流大、输出并网电流波形畸变严重、变换效率低等固有缺陷的机理。提出一种新颖的单相Boost型SPWM并网逆变器,仿真和实验结果证实了理论分析的正确性。     

单相电流型PWM逆变技术综述

在分析了传统单相电流型PWM逆变器固有缺陷的基础上,系统地论述了从电路拓扑、控制策略等方面提出的多种解决其缺陷的方案,并给出了设计实例与特点,获得了重要结论。电路拓扑方面的解决方案包括差动双向Boost直流变换器型逆变器、组合式Boost/Buck/Buck-Boost逆变器、附加反激AC-DC能量回馈电路的单相电流型高频环节逆变器等,具有满足Boost变换器控制规律、电路复杂、损耗大等特点;控制策略方面的解决方案包括具有补偿环节的非线性调制控制策略和无源性控制策略等,具有输出波形质量高、储能电感大等特点;电路拓扑和控制策略两方面的解决方案包括输入侧串并联谐振器的单相电流型逆变器、具有储能电感电流限定非线性PWM单周期控制单相电流型逆变器等,具有输出波形质量高、储能电感小、变换效率高等特点。     

结合电流应力优化的双有源全桥DC-DC变换器自抗扰控制

针对微电网系统中双向直流变换器需同时具有良好的稳态特性和动态响应这一问题,该文提出一种结合电流应力优化的双有源全桥（DAB）DC-DC变换器自抗扰控制方案,并对DAB变换器在扩展移相调制下的传输功率和电流应力数学模型、电流应力优化与自抗扰控制相结合等关键技术展开分析研究。在扩展移相调制基础上,利用条件极值法求解不同工作模式的电流应力最优解。同时构建自抗扰闭环,通过扩张状态观测器对系统状态进行实时估算,将输入电压突变、负载投切、电流应力优化策略导致传输功率波动等视作系统扰动并进行补偿。最后设计并研制一套200W实验样机,对比不同控制方案的性能,样机动稳态实验结果验证了所提出控制方案的可行性和先进性。     

结合电流应力优化与虚拟电压补偿的双有源桥DC-DC变换器三重移相优化控制

为了同时减小双有源桥（DAB）DC-DC变换器的电流应力和提高动态响应速度,该文在建立三重移相下六种模式的传输功率、电流应力等工作特性模型的基础上,提出一种基于三重移相的结合电流应力优化与虚拟电压补偿的控制方法。该方法由电流应力最优移相角模型和虚拟电压补偿方法构成,通过KKT条件获取电流应力最优的移相角模型,结合虚拟电压补偿方案估算传输功率值以提高负载突变及输入电压扰动时的动态响应速度。该方法在保证电流应力优化的同时,能够实现快速的动态响应,并且参数易于调节,可移植性好。最后,搭建了一台小功率样机进行三种方案的对比实验,验证了该文控制方法的正确性及优越性。     

具有极性反转逆变桥的反激式并网逆变器

本文研究了一种具有极性反转逆变桥的反激式并网逆变器,该电路拓扑由一个反激型直流变换器和一个极性反转桥级联构成。首先深入分析了电路拓扑、控制策略、工作模式和稳态关系等关键内容。然后设计并研制成功的500VA 80～110V DC/220 V50Hz AC逆变器样机,其具有结构简洁、成本低、变换效率高、输出波形质量高等优点。最后验证了该电路拓扑和控制策略的可行性和先进性。     

复合控制反激式逆变器

提出了具有前馈、比例积分和重复控制相结合的复合控制反激式逆变器,并对构成此逆变器的电路拓扑、工作模式、控制策略、系统稳定性、控制器和关键电路参数设计准则等进行了深入的分析研究,获得了重要结论。单级反激式逆变器是由共用输入、输出滤波器的两个双向反激直流斩波器输入端并联、输出端反向串联构成;重复控制是对过去数个工频周期中某时刻的输出电压误差进行累加得出当前工频周期中对应时刻的控制量,实现逐个工频周期输出电压修正。设计并研制1 k VA 260VDC/220V50Hz AC复合控制反激式逆变器样机,具有单级功率变换、输出静态精度高、动态响应快、输出波形质量高、带载能力强、变换效率高和可靠性高等优良性能。     

多绕组同时供电直流变换器型多输入逆变器

提出多绕组同时供电直流变换器型多输入逆变器电路结构与拓扑族及其主从功率能量管理移相控制策略,对其控制策略、稳态原理特性和主要电路参数设计准则等关键技术进行深入分析研究,获得重要结论。该电路结构是由Boost型多绕组直流变换器和Buck型逆变器两级级联而成,主从功率能量管理是指第1,2,…,n-1路输入源输出最大功率,第n路输入源补足负载所需的功率。1 000V·A DC-AC全桥式多输入逆变器的仿真和实验结果表明,该变换器具有高频电气隔离、电压匹配能力强、功率密度高、多路输入源可同时向负载供电、占空比调节范围宽、多模态平滑切换等优点。     

准单级隔离Buck-Boost型多输入逆变器

提出一类准单级隔离Buck-Boost型多输入逆变器电路结构与拓扑族,及具有不同供电模式平滑无缝切换的主从功率分配能量管理正弦脉宽调制(SPWM)控制策略,并对这类多输入逆变器的电路结构与拓扑、稳态原理特性、多输入源占空比之间的关系、能量管理控制策略和关键电路参数设计准则等进行深入的理论分析,并获得重要结论。该电路结构是由带多输入选择开关串联电路的双向隔离Buck-Boost直流变换器和极性反转逆变桥级联构成,包括单管式等4个拓扑。该主从功率分配能量管理SPWM控制策略是由n-1个输入电压环、具有n路功率分配、带功率独立控制的输出电压瞬时值反馈环三部分构成,能实现不同供电模式的平滑无缝切换。设计并研制的500V·A、DC 80V~110V/AC 220V(50Hz)多输入逆变器样机,具有变换效率高、输出波形质量高、带载能力强、不同供电模式间平滑无缝切换等优良性能。     

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。     

新颖的小容量光伏/燃料电池供电逆变器

针对多种新能源联合供电场合，提出一种新颖的小容量光伏/燃料电池供电逆变器，并对其电路拓扑、能量管理控制策略、高频开关过程、双输入源占空比、输出电压复合控制器设计、双输入源共模抑制等关键技术进行深入研究。该电路拓扑是由双输入源选择开关、工作半个输出周期的2个双向Flyback直流斩波器、交流滤波电容级联构成。该文所提主从功率分配能量管理SPWM复合控制策略通过控制输出电压瞬时值和多输入源输出功率比来实现对输入源的能量管理和2种工作模式无缝切换。设计并研制的1 kVA光伏/燃料电池双输入逆变器样机的实验结果表明，该逆变器具有单级功率变换、变换效率高、占空比调节范围宽、输出波形质量高、不同供电模式间无缝切换等优良性能。