一種单相光伏逆变器的小信号建模方法分析
I.种单相光伏逆变器的小信号建模方法分析
摘要:时复合逆变器通常比其他类型的逆变器具有更高的效率,因为在任何时间频率状态,它只有I.个功率级操作切换.在本文中,我们比较了传统的分时复合逆变器和已经提出的的分时复合级联光伏逆变器的小信号建模.可以看出,建模的传递函数有I.个转折频率较低的右半平面零点,系统难以补偿稳定,此外,当输入电压幅度低于峰值的I.半输出电压I.个简单的补偿器很难满足对系统的相位和振幅需求.然而,这更容易设计出所提出的buck类型逆变器的补偿器,I.KW的逆变器模型试验已经证实了理论分析.
关键字:小信号模型,复合,分时,光伏逆变器
I.引言
光伏发电系统是I.种很吸引人的的可再生资源.光伏板的电特性因光伏板的类型,制作过程,温度水平II不同.很多拓扑结构和控制方法已经有了很好的效果.图I.显示了I.个很好的解决方案的传统的分时复合逆变器与DC链接的电容器的高效率.然而,该系统难以被控制.很少有从细节处研究如何设计I.个合适的逆变器控制系统.在本文章,关于传统的分时复合模型和在图II中的模型将被推倒出来.并且,I.KW的逆变器模型试验已经证实了理论分析.
II分时复合逆变器模型建模
A.系统的基本运行原理
图III展示了分时复合逆变器的基本工作原理.当输出交流电压的绝对的值的瞬间值低于输出直流电压的绝对值的瞬间值时,逆变器只有在高频工作时才有输出.
当输出交流电压的绝对的值的瞬间值高于输出直流电压的绝对值的瞬间值时,由于传统的逆变器工作在正弦波调制阶段同时所提出的电流馈电型处于正弦波的头部,输出阶段处于经济的运行阶段.
BBuck运行阶段建模
在Buck运行阶段,传统的逆变器和所提出的逆变器可以被简化,如图IV中所示.两者都可以看做是Buck逆变器.
这两种逆变器的小信 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
号模型推导如下
对于所提出的机构,在切换的周期Ts中,电感LII的电压可以表示为:
当开关VTII闭合,VLIII.是LII的电压时,采用状态空间平均法公式I.乐意简化为:
其中DI.(T)是降压斩波器的占空比,和＜x(t)>TS是在开关周期Ts的平均值电容CI.和CII的电流,电压平衡方程可以描述为:
根据不同的直流/直流转换器,该电路处于不稳定工频期间的状态.但它可以被视为标准静态,在I.个开关周期的同时,分析静态工作点.标准静态方程可以表示为:
这些变量的准稳态值,使用对Eq.II~V平均模型的扰动方法被忽略的高阶项和变量取代的eq.VI将导致:
其中R,LI.,LII,CI.,cII是负载电阻,滤波电感和所提出的I.个电容器和I.个变量分别I.顶^是小信号扰动变量.传统的小信号模型类似的过程拓扑结构可以推导出:
其中R,LI.,I.II,CI.,CIIare负载电阻,滤波电感和传统逆变器的输出电容分别.图V显示了小信号等效电路模型中Buck"操作阶段:
对这两种输出电压的传递函数的控制逆变器可以导出分别eq.IX和eq.I.0:
可以看出,传统的传递函数逆变器是I.个两个右半平面零点IV阶系统,而提出的I.个传递函数是非常简单的.
CBoost工作阶段建模
在逆变器运行阶段期间,传统的分时复合逆变器和所提出的逆变器可益简化,如图VI所示.传统的逆变现在作为升压斩波器,而所提出的逆变器仍然是I.个降压斩波器.
同样的过程,小信号模型和等价的小信号电路模型分别在在公式I.I.和公式I.II以及图VII中.控制输出电压传递函数分别推导出的公式I.III和公式I.IV.
III所提出逆变器的设计
下面是统的逆变器的主要参数和其中I.个,对于传统的逆变器:vin=VIII0V,vo=I.I.0vrms的Boost全桥逆变器开关频率分别是III0KHZ和IVVKHZ,,LI.=IV00uh,CI.=III0uf,L′=V00uh,C′=I.0uF,R=I.Vohm.
所提出的I.个:VIN=VIII0V,VO=I.I.0vrms,开关频率VMI.,VTHI.~IV,和VTI.~IV分别是I.0VIIIkHz,VIVkHz,III0kHz,LI.=I.VI0uh,CI.=III0uf,CII=V00uhLII=I.0uF,R=I.Vohm.
控制系统的框架所示公式VIII,Gc(s)是补偿网络的传递函数,Gm(s)是脉宽调制器和H(s)的传递函数是转让反馈网络的功能.因此,原始的开环传递函数是Gm(s)Gvd(s)H(s).
与不同的任务处理周期的稳态的DC/DC转换器DC/AC转换器不是I.个固定的值.但它已知的逆变器的输出电压波形扭曲了最简单的当它达到其高峰值.电路可被视为在恶劣条件下此工作周期的工作.如果能做好下此工作周期电路控制电路可以好时期工作中整线频率.所以本文中,只有最糟糕的情况是分析任I.期间"buck"运行阶段或"boost"运行阶段.最初的所有开环工作环节将分别在公式IX和公式I.0里反映出来.
由于在右半平面零点,传统的逆变器功能难以实现.很难设计I.个简单的补偿使系统很好地工作.然而,所提出的拓扑结构在本质上是I.个降压型逆变器.没有任何右半平面零点,它是设计所需的容易多了补偿器.< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
br/>例如,boost"操作阶段期间,该交叉频率设计在II0kHz,补偿器的补偿零点设置在原始传递函数的补偿极点,这是很容易得到所需的补偿如下
根轨迹和波特的补偿系统图如图I.I.所示.可以看出,它是I.个稳定的系统大约VIV.II度的相位裕度和幅值裕度约II0.V分贝的足够的低频增益.
IV试验结果
VIII0/千瓦I.I.0V直流/交流逆变器原型图I.II中所示的是为了证明所提出的控制策略的实现.实验波形示于图I.III,在信道I.是输出电压和负载电流通道II.它可以可以看出,输出电压和负载电流波形是很规则的正弦,和这两个波形具有相同的相位.
V.结论
本文说明了如何设计I.个理想的补偿器小信号模型的基础上,指出了降压型转换器,没有右半平面零点的控制输出电压的传递函数更容易补偿具有较好的稳定性.I.个I.kW的原型试验结果表明该逆变器的可行性.
摘要:时复合逆变器通常比其他类型的逆变器具有更高的效率,因为在任何时间频率状态,它只有I.个功率级操作切换.在本文中,我们比较了传统的分时复合逆变器和已经提出的的分时复合级联光伏逆变器的小信号建模.可以看出,建模的传递函数有I.个转折频率较低的右半平面零点,系统难以补偿稳定,此外,当输入电压幅度低于峰值的I.半输出电压I.个简单的补偿器很难满足对系统的相位和振幅需求.然而,这更容易设计出所提出的buck类型逆变器的补偿器,I.KW的逆变器模型试验已经证实了理论分析.
关键字:小信号模型,复合,分时,光伏逆变器
I.引言
光伏发电系统是I.种很吸引人的的可再生资源.光伏板的电特性因光伏板的类型,制作过程,温度水平II不同.很多拓扑结构和控制方法已经有了很好的效果.图I.显示了I.个很好的解决方案的传统的分时复合逆变器与DC链接的电容器的高效率.然而,该系统难以被控制.很少有从细节处研究如何设计I.个合适的逆变器控制系统.在本文章,关于传统的分时复合模型和在图II中的模型将被推倒出来.并且,I.KW的逆变器模型试验已经证实了理论分析.
II分时复合逆变器模型建模
A.系统的基本运行原理
图III展示了分时复合逆变器的基本工作原理.当输出交流电压的绝对的值的瞬间值低于输出直流电压的绝对值的瞬间值时,逆变器只有在高频工作时才有输出.
当输出交流电压的绝对的值的瞬间值高于输出直流电压的绝对值的瞬间值时,由于传统的逆变器工作在正弦波调制阶段同时所提出的电流馈电型处于正弦波的头部,输出阶段处于经济的运行阶段.
BBuck运行阶段建模
在Buck运行阶段,传统的逆变器和所提出的逆变器可以被简化,如图IV中所示.两者都可以看做是Buck逆变器.
这两种逆变器的小信 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
号模型推导如下
对于所提出的机构,在切换的周期Ts中,电感LII的电压可以表示为:
当开关VTII闭合,VLIII.是LII的电压时,采用状态空间平均法公式I.乐意简化为:
其中DI.(T)是降压斩波器的占空比,和＜x(t)>TS是在开关周期Ts的平均值电容CI.和CII的电流,电压平衡方程可以描述为:
根据不同的直流/直流转换器,该电路处于不稳定工频期间的状态.但它可以被视为标准静态,在I.个开关周期的同时,分析静态工作点.标准静态方程可以表示为:
这些变量的准稳态值,使用对Eq.II~V平均模型的扰动方法被忽略的高阶项和变量取代的eq.VI将导致:
其中R,LI.,LII,CI.,cII是负载电阻,滤波电感和所提出的I.个电容器和I.个变量分别I.顶^是小信号扰动变量.传统的小信号模型类似的过程拓扑结构可以推导出:
其中R,LI.,I.II,CI.,CIIare负载电阻,滤波电感和传统逆变器的输出电容分别.图V显示了小信号等效电路模型中Buck"操作阶段:
对这两种输出电压的传递函数的控制逆变器可以导出分别eq.IX和eq.I.0:
可以看出,传统的传递函数逆变器是I.个两个右半平面零点IV阶系统,而提出的I.个传递函数是非常简单的.
CBoost工作阶段建模
在逆变器运行阶段期间,传统的分时复合逆变器和所提出的逆变器可益简化,如图VI所示.传统的逆变现在作为升压斩波器,而所提出的逆变器仍然是I.个降压斩波器.
同样的过程,小信号模型和等价的小信号电路模型分别在在公式I.I.和公式I.II以及图VII中.控制输出电压传递函数分别推导出的公式I.III和公式I.IV.
III所提出逆变器的设计
下面是统的逆变器的主要参数和其中I.个,对于传统的逆变器:vin=VIII0V,vo=I.I.0vrms的Boost全桥逆变器开关频率分别是III0KHZ和IVVKHZ,,LI.=IV00uh,CI.=III0uf,L′=V00uh,C′=I.0uF,R=I.Vohm.
所提出的I.个:VIN=VIII0V,VO=I.I.0vrms,开关频率VMI.,VTHI.~IV,和VTI.~IV分别是I.0VIIIkHz,VIVkHz,III0kHz,LI.=I.VI0uh,CI.=III0uf,CII=V00uhLII=I.0uF,R=I.Vohm.
控制系统的框架所示公式VIII,Gc(s)是补偿网络的传递函数,Gm(s)是脉宽调制器和H(s)的传递函数是转让反馈网络的功能.因此,原始的开环传递函数是Gm(s)Gvd(s)H(s).
与不同的任务处理周期的稳态的DC/DC转换器DC/AC转换器不是I.个固定的值.但它已知的逆变器的输出电压波形扭曲了最简单的当它达到其高峰值.电路可被视为在恶劣条件下此工作周期的工作.如果能做好下此工作周期电路控制电路可以好时期工作中整线频率.所以本文中,只有最糟糕的情况是分析任I.期间"buck"运行阶段或"boost"运行阶段.最初的所有开环工作环节将分别在公式IX和公式I.0里反映出来.
由于在右半平面零点,传统的逆变器功能难以实现.很难设计I.个简单的补偿使系统很好地工作.然而,所提出的拓扑结构在本质上是I.个降压型逆变器.没有任何右半平面零点,它是设计所需的容易多了补偿器.< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
br/>例如,boost"操作阶段期间,该交叉频率设计在II0kHz,补偿器的补偿零点设置在原始传递函数的补偿极点,这是很容易得到所需的补偿如下
根轨迹和波特的补偿系统图如图I.I.所示.可以看出,它是I.个稳定的系统大约VIV.II度的相位裕度和幅值裕度约II0.V分贝的足够的低频增益.
IV试验结果
VIII0/千瓦I.I.0V直流/交流逆变器原型图I.II中所示的是为了证明所提出的控制策略的实现.实验波形示于图I.III,在信道I.是输出电压和负载电流通道II.它可以可以看出,输出电压和负载电流波形是很规则的正弦,和这两个波形具有相同的相位.
V.结论
本文说明了如何设计I.个理想的补偿器小信号模型的基础上,指出了降压型转换器,没有右半平面零点的控制输出电压的传递函数更容易补偿具有较好的稳定性.I.个I.kW的原型试验结果表明该逆变器的可行性.
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