高效率单相并网逆变器控制技术研究
发布时间：2021-11-21 05:16
单相并网逆变器广泛应用在光伏发电系统、光伏储能系统以及电动汽车双向充电系统等新能源系统中,高效率和高功率密度是其重要指标。为了实现高效率,研究人员在软开关技术、变换器拓扑、多模式控制技术以及功率器件优化等方面做了大量的研究工作。本文针对几百瓦至几千瓦的中小功率单相并网逆变器开展研究,从控制模式和电路拓扑等方面入手进一步优化其转换效率。对于在光伏发电系统中使用的微型逆变器,权重效率是关键参数,即逆变器从轻载效率到重载效率的加权平均。微型逆变器的传统控制策略较为单一,无法同时优化不同负载条件下的效率。因此,本文针对工作在电流断续导通模式下的单相全桥并网逆变器,提出了一种基于关断时间控制的变频控制策略,包括定关断时间控制策略和变关断时间控制策略。基于这种控制策略,逆变器会根据瞬时功率的变化自动调整主功率管的关断时间,从而调节开关频率和开关损耗,优化不同负载下的损耗以及整机的权重效率。基于所提出的控制策略,本文给出了详细的参数设计流程,并进行了实验验证。电流断续导通模式可以有效调节逆变器的开关频率和开关损耗,但存在电感电流峰值大的缺点,适用于小功率场合。相比之下,电流临界导通模式可以降低电感电...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：122 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
并网逆变器效率优化的四个主要方向
直流侧谐振软开关的原理示意如图1.7所示,它是将辅助电路加在输入直流电源和逆变桥之间,利用辅助电路的谐振特性,将逆变桥侧的直流母线电压谐振到零,从而给逆变桥创造零电压开关的条件。根据直流母线电压谐振的特点,又可分为全谐振、带钳位的全谐振和准谐振三种类型。全谐振是指直流母线电压一直处于谐振状态,准谐振是指直流母线电压只在开关动作时才谐振,也称半谐振。图1.8给出了这些类型的典型电路结构。全谐振类型的典型电路结构如图1.8(a)所示,它是由Divan教授提出的最早的、最基本的谐振直流环节逆变器(Resonant DC-Link Inverter,RDCL)[12]。之所以称为全谐振,是因为在辅助管的帮助下,谐振电感和谐振电容全时间不断地谐振。谐振期间,辅助管关断,当母线电压谐振到零时,辅助管导通一小段时间,将电压钳位在零电位,给逆变桥臂提供零电压开关的条件。与此同时,直流电源给谐振电感补充能量,以保证下一个谐振周期母线电压能可靠地谐振到零,从而在逆变桥侧得到持续的高频脉冲电压。这个电路的提出激发了学术界对软开关逆变器的研究热情,具有里程碑式的意义,但是其本身具有明显的缺点。第一,根据LC串联谐振的原理,谐振电容的电压峰值会超过直流母线电压的两倍,开关管的电压应力很大。第二,逆变桥侧不再是恒定的直流电压,而是一系列高频脉冲。为了实现零电压开关,逆变桥的开关动作必须选在母线电压谐振到零的时刻,因此常规的PWM调制方法无法适用,而要使用离散脉冲调制(Discrete Pulse Modulation,DPM),但是这会给输出电压带来低频谐波[13]。
准谐振类型与前两类全谐振类型不同,全谐振类型的直流母线一直在谐振,而准谐振类型的直流母线在多数时候都不发生谐振,等于直流源电压,只有在逆变桥发生开关动作的时候才启动辅助电路产生谐振,将直流母线电压谐振到零,提供零电压或零电流的开关条件。因此,准谐振类型克服了上述所说的全谐振类型的两个缺点。一方面准谐振类型的直流母线电压不超过直流源电压,逆变桥的电压应力与传统硬开关的一样。另一方面,辅助电路制造谐振的时刻可自由选择来配合逆变桥开关动作的时刻,这样传统逆变器的各种成熟的PWM调制方法都可以被使用。基于这些好处,准谐振类型得到了更加广泛深入的研究,相关的电路拓扑有很多,文献[15]-[16]对此有大量论述,图1.8(c)-(f)仅列出了少数几种典型的电路结构。图1.8(c)[17]和图1.8(d)[18]将开关管串在母线回路里,从而可以断开电压源和直流母线,给后面的谐振创造条件。图1.8(e)[19]和图1.8(f)[20]则将谐振电感串联在母线回路里,使输入具有电流源的特性,给后面的谐振创造条件。图1.8直流侧谐振软开关的几个典型电路
【参考文献】：
期刊论文
[1]光伏并网逆变器中国效率评价方式[J]. 王婷,王宗,范士林,唐洲. 大功率变流技术. 2014(03)
[2]光伏储能逆变器系统结构研究[J]. 胡兵,张彦虎,薛丽英,刘宝其,赵为. 电器与能效管理技术. 2014(10)
[3]国家发展改革委关于印发《分布式发电管理暂行办法》的通知[J]. 太阳能. 2013(16)
[4]智能电网与电动汽车双向互动技术综述[J]. 李瑾,杜成刚,张华. 供用电. 2010(03)
博士论文
[1]零电压软开关三相并网逆变器的优化设计方法研究[D]. 杜成瑞.浙江大学 2016
[2]面向光伏逆变系统的氮化镓功率器件应用研究[D]. 张雅静.北京交通大学 2015
[3]模块化光伏并网系统中微型逆变器和功率优化器结构和控制策略研究[D]. 张哲.浙江大学 2014
硕士论文
[1]单相软开关高效率半桥功率因数校正器研究[D]. 严阳.浙江大学 2016
[2]高功率密度逆变器效率优化研究[D]. 赵阳.南京航空航天大学 2016
[3]高效光伏并网微型逆变器研究[D]. 魏涛.南京航空航天大学 2015
[4]图腾柱无桥PFC变流器研究[D]. 陈喜亮.浙江大学 2014
[5]基于V2G技术的双向AC-DC变换器及其关键技术研究[D]. 贾紫蕊.浙江大学 2014
[6]电动汽车V2G技术及其充电机的研究[D]. 李付存.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3508846
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：122 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
并网逆变器效率优化的四个主要方向
直流侧谐振软开关的原理示意如图1.7所示,它是将辅助电路加在输入直流电源和逆变桥之间,利用辅助电路的谐振特性,将逆变桥侧的直流母线电压谐振到零,从而给逆变桥创造零电压开关的条件。根据直流母线电压谐振的特点,又可分为全谐振、带钳位的全谐振和准谐振三种类型。全谐振是指直流母线电压一直处于谐振状态,准谐振是指直流母线电压只在开关动作时才谐振,也称半谐振。图1.8给出了这些类型的典型电路结构。全谐振类型的典型电路结构如图1.8(a)所示,它是由Divan教授提出的最早的、最基本的谐振直流环节逆变器(Resonant DC-Link Inverter,RDCL)[12]。之所以称为全谐振,是因为在辅助管的帮助下,谐振电感和谐振电容全时间不断地谐振。谐振期间,辅助管关断,当母线电压谐振到零时,辅助管导通一小段时间,将电压钳位在零电位,给逆变桥臂提供零电压开关的条件。与此同时,直流电源给谐振电感补充能量,以保证下一个谐振周期母线电压能可靠地谐振到零,从而在逆变桥侧得到持续的高频脉冲电压。这个电路的提出激发了学术界对软开关逆变器的研究热情,具有里程碑式的意义,但是其本身具有明显的缺点。第一,根据LC串联谐振的原理,谐振电容的电压峰值会超过直流母线电压的两倍,开关管的电压应力很大。第二,逆变桥侧不再是恒定的直流电压,而是一系列高频脉冲。为了实现零电压开关,逆变桥的开关动作必须选在母线电压谐振到零的时刻,因此常规的PWM调制方法无法适用,而要使用离散脉冲调制(Discrete Pulse Modulation,DPM),但是这会给输出电压带来低频谐波[13]。
准谐振类型与前两类全谐振类型不同,全谐振类型的直流母线一直在谐振,而准谐振类型的直流母线在多数时候都不发生谐振,等于直流源电压,只有在逆变桥发生开关动作的时候才启动辅助电路产生谐振,将直流母线电压谐振到零,提供零电压或零电流的开关条件。因此,准谐振类型克服了上述所说的全谐振类型的两个缺点。一方面准谐振类型的直流母线电压不超过直流源电压,逆变桥的电压应力与传统硬开关的一样。另一方面,辅助电路制造谐振的时刻可自由选择来配合逆变桥开关动作的时刻,这样传统逆变器的各种成熟的PWM调制方法都可以被使用。基于这些好处,准谐振类型得到了更加广泛深入的研究,相关的电路拓扑有很多,文献[15]-[16]对此有大量论述,图1.8(c)-(f)仅列出了少数几种典型的电路结构。图1.8(c)[17]和图1.8(d)[18]将开关管串在母线回路里,从而可以断开电压源和直流母线,给后面的谐振创造条件。图1.8(e)[19]和图1.8(f)[20]则将谐振电感串联在母线回路里,使输入具有电流源的特性,给后面的谐振创造条件。图1.8直流侧谐振软开关的几个典型电路
【参考文献】：
期刊论文
[1]光伏并网逆变器中国效率评价方式[J]. 王婷,王宗,范士林,唐洲. 大功率变流技术. 2014(03)
[2]光伏储能逆变器系统结构研究[J]. 胡兵,张彦虎,薛丽英,刘宝其,赵为. 电器与能效管理技术. 2014(10)
[3]国家发展改革委关于印发《分布式发电管理暂行办法》的通知[J]. 太阳能. 2013(16)
[4]智能电网与电动汽车双向互动技术综述[J]. 李瑾,杜成刚,张华. 供用电. 2010(03)
博士论文
[1]零电压软开关三相并网逆变器的优化设计方法研究[D]. 杜成瑞.浙江大学 2016
[2]面向光伏逆变系统的氮化镓功率器件应用研究[D]. 张雅静.北京交通大学 2015
[3]模块化光伏并网系统中微型逆变器和功率优化器结构和控制策略研究[D]. 张哲.浙江大学 2014
硕士论文
[1]单相软开关高效率半桥功率因数校正器研究[D]. 严阳.浙江大学 2016
[2]高功率密度逆变器效率优化研究[D]. 赵阳.南京航空航天大学 2016
[3]高效光伏并网微型逆变器研究[D]. 魏涛.南京航空航天大学 2015
[4]图腾柱无桥PFC变流器研究[D]. 陈喜亮.浙江大学 2014
[5]基于V2G技术的双向AC-DC变换器及其关键技术研究[D]. 贾紫蕊.浙江大学 2014
[6]电动汽车V2G技术及其充电机的研究[D]. 李付存.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3508846
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