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基于光伏发电的UPS双向逆变器控制策略的研究

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电测与仪表 2014年第13期51卷 80-83页

作者：司莎莎郑加崔昊辰安徽理工大学安徽淮南232001

提出了一种带有光伏发电的UPS系统,阐述了该系统的结构图。在分析双向变换器的拓扑结构、工作原理的基础上,采用基于前馈解耦控制的双环控制策略,实现整流逆变不同模式的自动切换以达到能量双向流动的目的。该方法具有输入电流无静差跟... 详细信息

提出了一种带有光伏发电的UPS系统,阐述了该系统的结构图。在分析双向变换器的拓扑结构、工作原理的基础上,采用基于前馈解耦控制的双环控制策略,实现整流逆变不同模式的自动切换以达到能量双向流动的目的。该方法具有输入电流无静差跟踪,对电网谐波污染少、功率因数高等优点。

关键词：带有光伏发电的UPS 双向逆变器前馈解耦

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宽输入范围下双向逆变器的控制策略

电力电子技术 2023年第6期57卷 6-8,39页

作者：蔡亮姚志垒上海海事大学物流工程学院上海201306

针对传统双向逆变器体积大、成本高、开关管电压应力大的问题,提出了一种非隔离双向逆变器拓扑,该逆变器由升降压变换器和全桥逆变器组成。在任意模式下,都控制母线电容为非恒值电压,从而减小了开关管的电压应力。且中间母线电容可采用... 详细信息

针对传统双向逆变器体积大、成本高、开关管电压应力大的问题,提出了一种非隔离双向逆变器拓扑,该逆变器由升降压变换器和全桥逆变器组成。在任意模式下,都控制母线电容为非恒值电压,从而减小了开关管的电压应力。且中间母线电容可采用薄膜电容代替传统的电解电容,提高了功率密度和可靠性。最后,搭建了一个500 W双向逆变器的仿真电路和实验样机,通过仿真和实验表明,系统可在35~60 V较宽范围的输入电压下实现电池充放电功能。

关键词：双向逆变器非隔离升降压变换器

基于TMS320F2808的并网双向逆变器的研究

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基于TMS320F2808的并网双向逆变器的研究

作者：黄启云安徽大学

学位级别：硕士

随着全球经济的迅猛发展,人口的增多,地球上的不可再生能源已经满足不了人们对能源的需求了。寻找新能源、开发研究可再生能源代替不可再生能源已经成为趋势,太阳能、风能、生物能的利用已经取得了一些喜人的成绩,利用这些新能源在人们... 详细信息

随着全球经济的迅猛发展,人口的增多,地球上的不可再生能源已经满足不了人们对能源的需求了。寻找新能源、开发研究可再生能源代替不可再生能源已经成为趋势,太阳能、风能、生物能的利用已经取得了一些喜人的成绩,利用这些新能源在人们的日常生活中随处可见,部分取代了那些不可再生的能源。我国人口众多,人均能源消耗虽然很低,但能源需求增长的压力很大,能源供应与经济发展的矛盾十分突出,在开发利用可再生能源的选择的同时,大力提高能源效率也是一个重要的战略选择。本文首先介绍了一种双向逆变器的电路拓扑结构,并给出了并网双向逆变器的基于前馈解耦的SVPWM（空间电压矢量技术）的MATLAB的仿真模型,通过对仿真出的波形的分析,从而验证了控制策略的可行性和正确性。然后介绍了所选用的DSP2808控制芯片的结构、DSP的CCS3.3集成开发环境、TMS320F2808芯片为控制核心的核心电路板、调理板、驱动电路板的设计等,其中我们重点介绍了核心控制板和信号调理板的设计,并对其设计的各个模块给出了详细的介绍。最后为了满足并网双向逆变配电系统对一些实时性的要求,选择了一款源码公开、操作简单、实时性很好的嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ作为双向逆变器的软件系统并成功将其移植到TMS320F2808处理器上,同时还给出了软件设计的整体思路和控制流程。

关键词：并网双向逆变器驱动电路调理电路 TMS320F2808 μC/OS-Ⅱ

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教学用微网平台设计及其双向逆变器的研制

教学用微网平台设计及其双向逆变器的研制

作者：韩光哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着环境和能源问题日益凸显,分布式发电技术越来越受到人们的重视。但是功率不可控的分布式电源接入后电网,会出现很多不利影响。微网的出现在很大程度上解决了这个问题。研发一款教学用微网平台,对于培养微网技术专业人才,具有重要意... 详细信息

随着环境和能源问题日益凸显,分布式发电技术越来越受到人们的重视。但是功率不可控的分布式电源接入后电网,会出现很多不利影响。微网的出现在很大程度上解决了这个问题。研发一款教学用微网平台,对于培养微网技术专业人才,具有重要意义。本文设计了一套教学用微网平台。该微网平台由储能单元、实训试验台、光伏发电系统、风力发电系统、负载模块等子系统组成。其交流母线的线电压为36V,通过隔离变压器与市电网相连。该平台采用主从控制结构,储能单位作为微网平台的主源,其余微源作为从源,可以正常工作于并网和离网两种模式。并网运行时,所有微源均采用PQ控制方式,以单位功率因数的方式向电网输出功率。孤网运行时,储能单元作为主源,采用V/f控制方式,提供微网交流母线电压和频率的支撑,其余微源仍然采用PQ控制方式,微网平台内功率能够维持平衡。教学用微网平台在孤网时应能正常运行,双向逆变器是储能单元与微网平台连接的媒介,储能单元又是微网平台孤网运行时电压和频率支撑的提供者。因而,双向逆变器对于微网平台的正常运行至关重要。本文详细分析了双向逆变器的工作原理和空间矢量调制原理,搭建了双向逆变器的数学模型,在此基础上给出了双向逆变器的参数设计值。通过控制双向逆变器侧的电流方向,可以实现能量以单位功率因数的方式双向流动。双向逆变器在微网平台孤网运行时,工作于逆变模式,用以维持交流母线电压和频率的稳定。微网平台并网运行时,双向逆变器可以按照需要工作于整流和逆变两种模式,用于储能单元的充放电。双向逆变器比普通的并网逆变器多了整流的功能,通过程序上的改动,双向逆变器还可以当做普通的并网逆变器使用。本文所设计的双向逆变器的功率等级为100W,整流和逆变时并网电流波形畸变率均小于5%。最后,本文在Simulink中搭建了微网模型,并且设计了双向逆变器的实验样机,通过仿真和样机实验验证了设计的合理性。

关键词：教学用微网平台主从控制双向逆变器

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基于数字控制的双Buck双向逆变器

基于数字控制的双Buck双向逆变器

作者：念平福州大学

学位级别：硕士

随着人们对环境保护和可持续发展的日益重视,以分布式能源为代表的可再生能源得到了很大的发展。分布式能源的大量接入会对电网产生很大的冲击。为了应对分布式能源接入的影响,许多学者提出了利用直流微网系统来接纳各种分布式能源。此... 详细信息

随着人们对环境保护和可持续发展的日益重视,以分布式能源为代表的可再生能源得到了很大的发展。分布式能源的大量接入会对电网产生很大的冲击。为了应对分布式能源接入的影响,许多学者提出了利用直流微网系统来接纳各种分布式能源。此外还有一些学者提出了将电动汽车的蓄电池作为分布式储能装置的电动汽车与电网互动系统,同样也能够平抑分布式能源的接入带来冲击。无论是直流微网系统还是V2G系统,双向DC/AC变换器是其中最重要的环节。传统的双向DC/AC变换器通常为全桥型结构,这类拓扑存在直通隐患、体二极管续流、损耗大和反向恢复问题严重等缺点,降低了变换器的可靠性和效率。双Buck型逆变器由于具有无桥臂直通问题、续流电流流经独立的续流二极管可以进行优化设计等优点越来越受到人们的关注。本文提出将双Buck型逆变器双向化,研究一种具有双Buck型逆变器优点的双向DC/AC变换器。通过对已有双Buck逆变器拓扑的分析与对比之后,选出全桥并网双Buck逆变器进行双向化的研究,仿真结果验证了该拓扑双向工作的可行性。但是,该拓扑存在整流模式体二极管工作和电磁干扰问题严重的问题,于是本文在这个拓扑的基础上改进得到双Buck双向逆变器。通过增加了两个二极管,这个拓扑降低了共模干扰,并且改变了整流时的工作模态使得电流流过体二极管的路径被消除。本文通过对双Buck双向逆变器的工作原理和EMI特性进行分析,验证了该拓扑能够实现双向化模式,并且具有更小的电磁干扰问题。然后,本文分别对该拓扑的并网逆变工作模式和整流PFC工作模式进行建模,并根据现有的双向DC/AC变换器控制策略选取合适的控制算法和设计数字控制器。对于并网逆变模式和整流PFC模式的电流环来说,采用PI控制存在系统带宽不足而无法跟踪给定电流的问题。本文采用具有快速动态响应和稳态性能预测电流算法。通过对两种控制算法的仿真实验表明预测电流算法具有更好的稳态性能。整流PFC模式的电压环采用具有快速动态响应的PI控制器参数进行设计,并针对产生的输入电流谐波问题进行分析研究,然后提出了三次谐波抑制算法对谐波电流进行抑制。仿真结果表明,该控制方案使得控制系统具有快速的动态响应和较好的稳态性能。最后设计了一台基于TMS320F28069控制的原理样机,验证了本文所提出的双Buck双向逆变器双向化工作模式的可行性以及控制策略的有效性。

关键词：直流微网 V2G 双向逆变器双Buck逆变器数字控制

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基于SiC功率器件的高频化双向逆变器研究

基于SiC功率器件的高频化双向逆变器研究

作者：卢志钢福州大学

学位级别：硕士

在能源严重缺乏的当下,以分布式能源为代表的可再生能源得到了很大的发展,许多学者提出利用直流交流混合微电网来接纳各种分布式电源,而双向变换器作为能量转换的一个关键环节,其变换效率及可靠性对新型微电网具有重大影响。随着新型宽... 详细信息

在能源严重缺乏的当下,以分布式能源为代表的可再生能源得到了很大的发展,许多学者提出利用直流交流混合微电网来接纳各种分布式电源,而双向变换器作为能量转换的一个关键环节,其变换效率及可靠性对新型微电网具有重大影响。随着新型宽禁带碳化硅功率器件的发展,为电力电子朝着更高效率、高功率密度方向前进提供了新的解决方案,其简化拓扑,提高开关频率可有效地减小储能元件大小,利于减小整个系统的体积和重量,提高功率密度。采用经典全桥型拓扑结构的双向DC-AC变换器存在桥臂直通隐患,需要设置开关死区,及体二极管续流损耗大等问题不利于高频化和效率提升。本文研究一种无需开关死区、可靠性高、能充分发挥宽禁带SiC功率器件优势的双Buck型双向DC-AC变换器。本文分别建立了并网逆变工作模式和整流PFC工作模式下的数学模型,再对其电流环与电压环的控制策略进行设计。针对传统PI控制算法响应速度慢,无法快速跟踪变换器电流指令、以及变换器存在的非线性等问题,本文设计了基于模型参考自适应算法的电流内环控制器,并通过仿真验证其可行性和有效性。针对整流PFC工作模式下,输入电流三次谐波较大问题,进行机理分析研究,设计了基于直流侧电压二次纹波陷波的电压外环PI控制器,仿真结果验证了所提方法在有效抑制输入电流三次谐波的同时具有较快的动态响应特性。接着对开关频率100kHz的实验样机的电路参数进行设计,设计了基于TMS320F28377D的DSP控制算法程序,并建立系统的损耗模型,研究其对效率的提升;针对高频工作情况下,SiC MOSFET易出现误触发现象,对其驱动电路进行了设计;同时,针对电路分布参数在高频情况下对变换器性能影响,通过建模和仿真分析,实现PCB电路布局的优化设计。最后研制一台1kVA实验平台,进行基于SiC功率器件双Buck型双向逆变器样机的实验验证,结果表明所设计电路参数的合理性、所提控制算法的可行性和有效性,与传统基于Si功率器件变换器相比,在效率上有较大优势。

关键词：直流微网双向逆变器 SiC 高频

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户用型光储微网双向逆变器控制技术研究

户用型光储微网双向逆变器控制技术研究

作者：刘甲琛陕西科技大学

学位级别：硕士

在世界能源匮乏、环境污染严重的大背景下,绿色环保的分布式能源成为了人类关注的焦点。但是由于分布式能源出力的间歇性使得分布式能源大规模地接入电网将对其带来不可避免的冲击。微电网作为解决这种冲击问题的技术方案被提出并得到推... 详细信息

在世界能源匮乏、环境污染严重的大背景下,绿色环保的分布式能源成为了人类关注的焦点。但是由于分布式能源出力的间歇性使得分布式能源大规模地接入电网将对其带来不可避免的冲击。微电网作为解决这种冲击问题的技术方案被提出并得到推广,它可以有效地解决可再生分布式电源的接入问题,同时可以对分布式电源的能量进行统一的调度管理。本课题主要研究基于户用型光储微电网大背景下的双向逆变器控制与双向逆变器由于大电网状态不同而产生的不同运行模式下的能量管理问题。本文所做的主要工作包括以下几个方面:（1）对户用型光储微电网进行设计。本文在阅读大量微电网相关资料和逆变器参考文献的基础上,确定所研究的户用型微电网结构,并确定所需要达到的系统性能指标。（2）户用型光储微电网能量调度控制的研究。针对整个户用型光储微网系统,本文首先设计了不同模式下双向逆变器与蓄电池的集中式控制,提出户用型光储直流微电网的4种工作模式,并研究了一种满足特定模式下的P-I（功率-电流）控制方法,通过此方法对蓄电池进行控制可以实现系统的稳定运行。最后对户用型微电网系统进行了经济优化调度控制。（3）户用型光储微电网中双向逆变器控制技术研究。结合本系统实际情况,在微电网运行模式设计与能量管理的基础上,对双向逆变器的控制技术进行了研究。对比传统PI控制分析了比例复数积分（PCI）控制的原理与优势,搭建了PCI控制器并将其运用到所研究的双向逆变器控制中。针对双向逆变器并网模式与离网模式下的控制方法进行研究,在满足并离网切换控制的基础上,提出了一种在双向逆变器能量双向流动中增加虚拟阻抗的控制方法,来防止母线电压的跌落。（4）对户用型光储微电网的仿真分析。在Matlab R2015b/Simulink平台上搭建系统仿真模型,分别对PI控制、PCI控制进行基于双向逆变器逆变模式的仿真实验,从跟踪能力与抑制直流分量能力进行对比,体现了PCI控制算法的优越性;另外,对双向逆变器工作在整流、能量双向流动、并离网切换三种模式下进行仿真实验,验证了本文提出的双向逆变器能量双向流动的方法具有可行性和有效性,能保证系统在运行过程中母线电压不跌落。最后,对本文提出的能量调度方法、P-I控制算法与经济优化调度算法进行了仿真,证明了所提出方法均可以结合双向逆变器有效地对系统能量进行合理的调节分配。（5）双向逆变器的软硬件设计。研制了一台3kW的双向逆变器实验样机,分别设计了双向逆变器的硬件结构拓扑和软件算法程序,对所设计的样机进行实验测试,验证了双向逆变器实验样机可有效完成实验过程并得出部分的实验结果。仿真和实验结果表明:双向逆变器中采用PCI控制策略不仅可以实现无静差跟踪,而且还可以抑制低频直流分量;本文所提出的P-I控制方法可以对蓄电池进行合理控制从而实现系统的稳定运行;本文所采用的能量调度方法、经济优化调度算法均可以结合双向逆变器对系统能量进行合理的调配。

关键词：双向逆变器比例复数积分户用型微电网能量调度

运用于微电网储能系统的双向逆变器控制策略研究

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运用于微电网储能系统的双向逆变器控制策略研究

作者：李林珏浙江大学

学位级别：硕士

本文研究交流微电网中电池储能系统双向逆变器的控制策略。微电网中,储能系统的主要作用是补偿可再生能源发电不稳定性和间歇性,匹配发电与负荷的功率差,提高微电网电压和频率的稳定性。储能系统的作用对它的并网接口双向逆变器提出了... 详细信息

本文研究交流微电网中电池储能系统双向逆变器的控制策略。微电网中,储能系统的主要作用是补偿可再生能源发电不稳定性和间歇性,匹配发电与负荷的功率差,提高微电网电压和频率的稳定性。储能系统的作用对它的并网接口双向逆变器提出了高可靠性、冗余性以及并网和孤网两种模式下稳定运行,交流母线的电压幅值和频率可调节等要求。本文综合这些要求以及逆变器各种并联控制策略的优缺点,选择下垂控制作为储能系统双向逆变器的控制策略。为了验证控制策略的正确性,搭建了双向逆变器原理样机实验平台。主功率电路方面以逆变器的电感电流开关纹波为入手点设计和选择LCL滤波器,控制电路方面利用DSP实现控制策略算法,并给出算法的程序流程图。提出了一种单功率环的下垂控制策略,利用逆变器滤波器感抗实现输出有功和无功功率解耦,并使用输出有功和无功电流分别下垂调节逆变器的输出频率和电压幅值,从而实现逆变器并网和孤网并联运行。在dp坐标系下建立了逆变器的小信号模型,设计和优化控制环路的补偿网络参数,分析在并网情况下的稳定性,并进一步分析采用相同控制策略和参数时逆变器孤网运行的稳定性,证明了所提出的下垂控制策略能够在两种模式下稳定工作,为储能系统并网和孤网无缝切换提供了理论基础。仿真结果证实了逆变器能够在两种模式下稳定运行,且逆变器的静态和动态输出波形与理论分析基本一致,证明控制策略的可行性和理论分析正确性。利用逆变器原理样机实验平台比较仿真和实验的静态、动态波形,验证了仿真和理论分析的准确性。针对死区效应和电网谐波引起的逆变器并网电流THD过大的问题,在所提出的下垂控制策略基础上,增加虚拟高频阻抗环路抑制谐波电流产生,改善了并网电流THD,同时不影响稳态时电压幅值和频率的下垂输出特性。同样在dq坐标系下建立逆变器小信号模型,设计和优化控制网络参数,分析系统在不同运行模式下的稳定性。仿真和实验证实了控制策略的可行性和理论分析的准确性。

关键词：交流微电网储能系统双向逆变器下垂控制滤波器感抗虚拟阻抗

风光柴互补发电系统中三电平双向逆变器的研究

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风光柴互补发电系统中三电平双向逆变器的研究

作者：陈雪亮兰州理工大学

学位级别：硕士

当今人类的生存和发展正面临着严峻的环境危机，“低碳经济”作为一项推广资源保护与综合利用可再生能源的重要措施得到了全世界的支持。风光柴互补发电系统就是依据太阳能和风能在空间与时间上的互补特性而建立起来的，该系统为解决边... 详细信息

当今人类的生存和发展正面临着严峻的环境危机，“低碳经济”作为一项推广资源保护与综合利用可再生能源的重要措施得到了全世界的支持。风光柴互补发电系统就是依据太阳能和风能在空间与时间上的互补特性而建立起来的，该系统为解决边陲地区的能源供应问题提供了一个良好途径。双向逆变器主要用于纯交流母线型风光柴互补发电系统中蓄电池的充、放电控制，实现系统中能量的双向流动。作为整个发电系统中不可缺少的重要组成部分，双向逆变器的工作情况直接影响着整个系统运行的稳定性，它不仅需要依据系统运行状态对直流侧电压进行控制，还要求在能量流动的过程中使得功率因数接近1，并尽量减少电流中的谐波含量。本文研究的三电平双向逆变器可以有效地降低功率开关管上的电压应力，延长开关管的使用寿命。同时，电平数的增加可以使交流侧电流更接近正弦波，在相同的开关频率下，其电流谐波总畸变率远小于采用两电平结构的双向逆变器。本文首先介绍了纯交流母线型风光柴互补发电系统的结构与特点，以及三电平双向逆变器在发电系统中的运行模式。在此基础上，依据三电平双向逆变器的特点确定其主电路结构，并采用电压外环、电流内环的双闭环控制策略。为提高系统的动态响应速度和抗干扰性，在控制中引入了自适应滞环算法。最后，通过仿真验证了控制策略的有效性和可行性，搭建了系统主电路和基于dsPIC单片机的控制电路的硬件平台，并通过编程实现了三电平双向逆变器对蓄电池充放电控制的功能。

关键词：风光柴互补三电平双向逆变器自适应滞环充放电控制