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单相交流输入的无电解电容抽头电感单级升压逆变器在交流调速系统中的应用

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中国电机工程学报 2014年第12期34卷 1836-1843页

作者：周玉斐黄文新赵健伍南京航空航天大学江苏省南京市210016

研究将无电解电容的单级升压逆变技术应用于变频调速系统。采用的抽头电感单级升压逆变器(tapped-inductor single-stage boost inverter,TISSBI)包含由1个抽头电感和2个二极管构成的无源网络,通过调节直通占空比和电感抽头的位置,能够... 详细信息

研究将无电解电容的单级升压逆变技术应用于变频调速系统。采用的抽头电感单级升压逆变器(tapped-inductor single-stage boost inverter,TISSBI)包含由1个抽头电感和2个二极管构成的无源网络,通过调节直通占空比和电感抽头的位置,能够实现单级升降压功能。将无电解电容的TISSBI应用于单相输入的变频调速系统,实现抗电网电压跌落、母线脉动抑制和提高输入功率因数的功能。用实验验证了理论分析方法的可行性。

关键词：无电解电容单级升压逆变器单相输入输入功率前馈谐波注入

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单级升压逆变器及其变频驱动系统

单级升压逆变器及其变频驱动系统

作者：李子楷南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着各种家用电器的普及,极大地加重了日趋紧张的能源供应问题和日益恶化的环境问题。大量研究结果表明,运用变频驱动方案在节能方面有很大的潜力,将明显提高包括冰箱、空调和洗衣机在内的家用电器的能效。而传统的变频驱动系统,其直流... 详细信息

随着各种家用电器的普及,极大地加重了日趋紧张的能源供应问题和日益恶化的环境问题。大量研究结果表明,运用变频驱动方案在节能方面有很大的潜力,将明显提高包括冰箱、空调和洗衣机在内的家用电器的能效。而传统的变频驱动系统,其直流母线电容通常为几百或几千微法的电解电容,以维持直流母线电压稳定。但大的电解电容的使用降低了系统的寿命,导致系统输入功率因数低,并且存在逆变器桥臂直通隐患。本文根据以上问题研究并设计了一种基于单级升压逆变器的变频驱动系统。本文首先分析了单级升压逆变器的工作原理以及传统的六段直通调制策略,提出了混合六段直通调制策略。并以准Z源逆变器为对象,分析了不同的直通实现方式对电感电流纹波、开关管电压应力的影响;根据所提直通调制策略对无源网络进行了参数设计,确定了无源网络的电感及电容取值;然后分析了逆变器的损耗;通过实验验证了混合六段直通调制策略的优越性。此外,对无电解电容的变频驱动技术进行了研究。在传统变频驱动系统的基础上,在整流输出侧用无源网络替代电解电容,从根本上解决了系统寿命及桥臂直通问题,通过提升母线电压,实现电机频率运行范围的扩展和效率的提升,同时还使系统具有承受深度电网电压跌落的能力。针对提高输入功率因数问题,分析了本文的单级升压变频驱动系统的输入电流控制策略,并进行系统方案仿真验证。最后,设计制作了一台系统样机,设计了单级升压变频驱动系统的多个模块,包括电压电流采样模块、光耦隔离驱动及保护模块、以及电机速度采样模块;设计了驱动系统的数字部分,并通过实验验证了所研究系统及其控制策略的有效性及可行性。

关键词：单级升压逆变器输入功率因数变频驱动器直通调制策略

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基于单级升压逆变器的光伏并网发电系统研究

基于单级升压逆变器的光伏并网发电系统研究

作者：赵萍南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着世界能源危机日益加剧和自然生态环境日趋恶化，清洁可再生能源尤其是太阳能的开发利用正受到世界各国越来越广泛的关注，太阳能已成为世界新能源的主要形式之一。本文以太阳能光伏发电为背景，介绍了光伏发电的意义和发展现状及... 详细信息

随着世界能源危机日益加剧和自然生态环境日趋恶化，清洁可再生能源尤其是太阳能的开发利用正受到世界各国越来越广泛的关注，太阳能已成为世界新能源的主要形式之一。本文以太阳能光伏发电为背景，介绍了光伏发电的意义和发展现状及趋势，概述了光伏并网发电技术的发展。并网逆变器作为光伏并网发电系统中的关键部件，其拓扑结构和控制策略是当前研究的热点。本文针对传统电压源并网逆变器的局限性和不足，提出了一种新型的单级升压逆变器光伏并网发电系统。该系统逆变器与传统电压源逆变器相比，其特点是引入一个耦合电感升压网络，利用逆变桥桥臂直通零矢量在单级结构上实现可控升压和逆变，且能适应输入电压在较大范围内变化的场合，可满足光伏发电的要求，因此该系统具有广阔的应用前景。本文首先介绍了单级升压逆变器的拓扑结构、等效电路以及工作原理，并对单级升压逆变器的两种升压特性进行了详细的分析，且在较高升压特性下设计了耦合电感。其次研究了适用于单级升压逆变器的SPWM和SVPWM调制策略。通过归纳和总结各种直流母线电压控制方法的优缺点，研究了一种可变电容电压的直流母线电压控制方法。然后研究了单级升压逆变器应用于光伏并网发电系统的控制策略，包括并网电流内环控制策略、直流母线电压环控制策略和最大功率点跟踪控制策略。根据网侧数学模型，研究了基于电网电压合成矢量定向的电流环控制策略，在同步旋转dq坐标系下实现对并网电流有功和无功的独立控制。在传统扰动观察法上进行改进，研究了一种变步长扰动观察法最大功率点跟踪控制策略，并利用Matlab/Simulink软件搭建了系统仿真模型和进行了仿真研究，验证了控制策略的正确性和可行性。最后设计开发了一套1kW应用于光伏并网发电系统的单级升压逆变器的原理样机。在以Freescale公司的DSP芯片MC56F8335为核心的软件环境中编写了控制程序，完成了独立实验和并网实验研究。实验结果表明了理论分析的正确性和有效性，同时表明了单级升压逆变器具有很好的升压逆变功能，在输入电压变化下能够灵活地调节直流母线电压并且输出高质量的并网电流，同时能够较好地跟踪到光伏电池最大功率，实现光伏电池高效率利用。

关键词：单级升压逆变器耦合电感直通零矢量光伏并网最大功率点跟踪

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一种单相单级升压光伏逆变器研究

一种单相单级升压光伏逆变器研究

作者：张宇佳安徽工业大学

学位级别：硕士

由于石油、煤炭等化石一次能源储备量的逐渐减少和人类环境保护意识的不断增强,地热能、风能及太阳能等绿色能源的开发利用已经广泛受到世界各国的关注,而这其中太阳能由于具备清洁无污染、储量丰富等优势而备受重视。目前,将太阳能转... 详细信息

由于石油、煤炭等化石一次能源储备量的逐渐减少和人类环境保护意识的不断增强,地热能、风能及太阳能等绿色能源的开发利用已经广泛受到世界各国的关注,而这其中太阳能由于具备清洁无污染、储量丰富等优势而备受重视。目前,将太阳能转换成电能的光伏并网发电技术是太阳能利用的重要方式,其中光伏逆变器是太阳能发电系统中十分重要的中间设备。因此,本文在传统逆变器的基础上,研究了一种适用于光伏发电系统的单相单级升压逆变器。由于单个光伏电池的输出电压较低且变化范围较宽,光伏发电系统通常采用将多块光伏电池串联后再接入传统全桥逆变器的方式进行并网发电或直接供给交流负载。传统全桥逆变器属于降压型变换器,且在采用单极性或双极性调制方式时会存在不同程度的漏电流问题,因此在光伏并网系统中会受到一定的应用限制。针对上述问题,本文提出了一种无漏电流的单相单级升压光伏逆变器,该拓扑通过对一个Boost升压单元与全桥逆变器的有机结合,实现了升压逆变的功能,同时输入输出共地结构的应用,抑制了漏电流的产生,提高了系统的可靠性。本文对所提单相单级升压逆变器的工作原理及稳态特性展开了详细分析,并通过对两种PWM调制方式的分析和比较,设计了一种统一的半周期调制策略,在该调制策略下每个开关周期内只有两个开关管处于高频工作状态,降低了系统损耗。此外,研究了适用于所提光伏逆变器的并网控制策略和最大功率点跟踪（MPPT）方法,并利用MATLAB/Simulink仿真平台构建了相应的光伏并网逆变器控制系统模型,验证了并网控制策略和电导增量MPPT控制算法的可行性。最后设计并建立了以TMS320F2812为核心控制器的实验样机,验证了所提逆变拓扑和相关理论分析的正确性。

关键词：光伏发电单级升压逆变器漏电流最大功率点跟踪(MPPT)

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单级升压光伏逆变器的研究

单级升压光伏逆变器的研究

作者：张梦安徽工业大学

学位级别：硕士

在大力推进新能源发电的背景下,太阳能以其高效、无污染、不受地域限制等优点受到较多关注。同时,光伏发电技术也得到很大的进步,然而,光伏电池输出的电压一般较低,为了使上述电压能够满足用电设备或者电网的需求,目前最常用的方法是在... 详细信息

在大力推进新能源发电的背景下,太阳能以其高效、无污染、不受地域限制等优点受到较多关注。同时,光伏发电技术也得到很大的进步,然而,光伏电池输出的电压一般较低,为了使上述电压能够满足用电设备或者电网的需求,目前最常用的方法是在逆变器的前级增加一级DC/DC升压电路组成两级式逆变电路。但传统两级式逆变器集成化程度较低,体积较大,系统控制设计复杂。因此研究单级式升压逆变器具有实际意义。双Buck逆变器解决了传统桥式逆变器的直通问题,功率开关管和二极管可以分别得到最优设计,逆变电路效率较高。而该逆变拓扑为降压型逆变器,因此,本文在双Buck半桥逆变拓扑的基础上,通过在输入端增加一个升压电感和二极管,提出了一种适用于光伏发电的单级升压逆变器。该单级升压光伏逆变器不仅具有双Buck逆变器的优点,同时具有升压作用。本文详细分析了该电路的工作原理和稳态特性。在此基础上,引入磁集成滤波电感,不仅减少了电路中环流,而且提高了逆变器的功率密度。同时,本文在所提逆变器的基础上增加一个开关管,通过采用半周期SPWM调制方式,提出另一种无环流单级升压光伏逆变器,并分析了其工作原理及电路中各器件损耗。其次,本文首先研究了适用于无环流单级升压光伏逆变器的半周期SPWM调制方式。进一步综述了所提逆变器在不同负载条件下的两种控制策略。并给出了直接控制策略控制下的仿真结果。然后,对所提逆变电路中各功率器件进行参数设计,并设计了可以生成单极性半波信号的电压电流采样电路,同时对基于AD有效值采样的主程序,中断程序等程序进行设计。最后,对所提两种单级升压光伏逆变器建立了Simulink仿真模型,并且搭建了基于TMS320F2812DSP数字控制器的两种单级升压光伏逆变器原理样机,分别做了仿真和实验验证,仿真和实验结果均证明了理论分析的正确性。

关键词：光伏发电单级升压逆变器磁集成电感无环流直接功率控制