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储能系统技术 储能系统 PWM控制 空间矢量调制SVPWM ★ 5.0

用于单相无变压器UPQC的四矢量SVPWM控制双桥臂低直流电压方法

4-Vector SVPWM for Single-Phase Transformerless UPQC With Two-Leg and Low DC Voltage

作者 Shun Wang · Cen Tang · Jianglin Nie · Linghui Meng · Zeliang Shu
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2024年9月
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统 PWM控制 空间矢量调制SVPWM
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 单相无变压器UPQC 半桥DVR 全桥APF 四矢量SVPWM 实验验证
语言:

中文摘要

在本文中,我们提出了一种具有两个桥臂的单相无变压器统一电能质量调节器(UPQC)。由于开关数量有限,半桥(HB)UPQC 由一个 HB 动态电压恢复器(DVR)和一个有源电力滤波器(APF)组成。所提出的拓扑结构通过将 HB DVR 与全桥(FB)APF 相结合,在不增加开关数量的情况下,在所有运行场景下都能保持恒定的开关应力。为解决因共用桥臂导致的电流补偿和电压补偿耦合问题,提出了一种四矢量空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法进行解耦。通过所提出的用于独立控制参考计算的 SVPWM,控制策略可以消除直流电压和负载电流对电压补偿的影响。最后,实验结果验证了该拓扑结构和调制策略的有效性。

English Abstract

In this letter, we propose a single-phase transformerless unified power quality conditioner (UPQC) with two legs. Owing to the limited quantity of switches, the half-bridge (HB) UPQC consists of a HB dynamic voltage restorer (DVR) and an active power filter (APF). The proposed topology maintains constant switching stress under all operational scenarios by combining an HB DVR with a full-bridge (FB) APF without increasing the number of switches. To address the issue of current compensation and voltage compensation coupling caused by the shared leg, a four-vector space vector pulsewidth modulation (SVPWM) is proposed for decoupling. With the proposed SVPWM for independent control reference calculation, the effects of dc voltage and load current on voltage compensation can be eliminated by the control strategy. Finally, the effectiveness of the topology and modulation strategy are verified by the experimental results.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项单相无变压器统一电能质量调节器(UPQC)技术具有显著的战略价值。该技术通过创新的两桥臂拓扑结构和四矢量空间矢量脉宽调制策略,在减少开关器件数量的同时实现了电压补偿和电流补偿的解耦控制,这与我们在分布式光伏和储能系统中追求的高功率密度、低成本目标高度契合。

对于阳光电源的光伏逆变器产品线,该技术可有效解决单相并网系统中的电能质量问题。特别是在户用光伏场景中,电网电压波动和谐波污染日益严重,该UPQC方案能够同时提供动态电压恢复(DVR)和有源滤波(APF)功能,显著提升系统的电网适应性和供电可靠性。更重要的是,其低直流电压运行特性可降低对储能电池电压等级的要求,这对光储一体机产品的成本优化具有实际意义。

从技术成熟度评估,该方案已通过实验验证,但向产业化转化仍需关注几个关键点:首先是共享桥臂带来的热管理挑战,需要优化散热设计以保证长期可靠性;其次是四矢量SVPWM算法的实时性要求较高,需要在我们现有的DSP或FPGA控制平台上进行适配优化;再者是单相系统固有的功率脉动问题,需结合直流侧储能容量进行综合设计。

该技术为阳光电源在微电网、工商业储能等应用场景中提供差异化竞争优势开辟了新路径,建议将其纳入下一代户用储能逆变器的技术预研计划,重点突破拓扑优化和控制算法工程化两大方向。