基于临界电流模式的逆变器无功控制及其轻载效率优化研究

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随着石油、煤炭等传统能源的逐渐耗尽,太阳能等清洁无污染的可再生新能源得到了较快发展,光伏发电也占据了全球电力市场越来越多的份额。相比于传统架构光伏并网发电系统,微型逆变器凭借着模块化、安装维护简便、高可靠性等优势近年来逐渐成为了研究热点。本文主要研究了基于临界电流模式的全桥逆变器的控制方案及相应改进方式,旨在进一步提升微型逆变器的工作效率及输出电流质量。本文详细介绍分析了一种临界电流模式控制方案下的全桥逆变器工作原理,在不增加额外电路的基础上实现了软开关,并研究了传统单极性调制策略与双极性调制策略下逆变器工作特性,单极性调制策略效率高,但存在电流畸变,双极性调制策略输出电流质量高,但效率难以提升。针对现有控制方案的不足,本文提出了一种基于临界电流模式的混合调制策略,通过在一个开关周期内使用两种调制策略的切换实现开关频率的调控,保留了单极性调制策略下高效率优势的同时,解决了过零点电流畸变问题。详细分析了该调制策略下逆变器的运行原理及工作特性,并进行了控制参数优化,进一步探讨了所提改进控制方案下逆变器输出无功的实现方式,通过PSIM仿真验证了所提控制方案的可行性。由于临界电流电流模式下轻载开关频率较高所导致的效率低下的问题,本文选择对轻载效率较高的断续电流模式展开研究,详细分析了断续电流模式下逆变器的运行原理及工作特性,并在传统的定关断时间方案的基础上,针对不同载重下对关断时间进行了相应优化,进一步提升了逆变器轻载时的工作效率。同时针对传统断续电流模式控制方式下电感电流控制效果不佳的问题,提出采用数模结合的实现方式,利用比较器实现驱动的硬件触发关断,提升了电感电流控制效果,优化了输出电流THD情况,在PSIM中仿真验证了所提改进方式的有效性。设计并搭建了300W的两级式微型逆变器实验平台,分别对临界电流模式与断续电流模式下逆变器进行了实验验证,实验结果表明,两种电流模式下逆变器均能实现开关管的软开关,工作效率较高,其中临界电流模式最高效率可达98.5%,均能输出质量较高的电压电流,与理论分析与仿真波形一致,验证了所提控制方案的正确性与优越性,适合应用于微型逆变器等小功率逆变器领域。
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