RO130090A0 - Circuit and method for decoupling the oscillating power for single-phase inverters - Google Patents
Circuit and method for decoupling the oscillating power for single-phase inverters Download PDFInfo
- Publication number
- RO130090A0 RO130090A0 ROA201400611A RO201400611A RO130090A0 RO 130090 A0 RO130090 A0 RO 130090A0 RO A201400611 A ROA201400611 A RO A201400611A RO 201400611 A RO201400611 A RO 201400611A RO 130090 A0 RO130090 A0 RO 130090A0
- Authority
- RO
- Romania
- Prior art keywords
- inverter
- voltage
- decoupling
- power
- output
- Prior art date
Links
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Description
Invenția se referă !a un circuit și Ia o metodă de decuplare a puterii oscilante pentru invertoare monofazate, în vederea atenuării componentei alternative a curentului de la intrarea invertorului și reducerii capacității condensatorului necesar pe linia de curent continuu a invertorului. Invenția se încadrează în domeniul convertoarelor electronice de putere pentru conversia c.c.-c.a. și c.a.-c.c., precum și controlul asociat acestora (clasificare IPC: H02M).The invention relates to a circuit and to a method of decoupling the oscillating power for single-phase inverters, in order to attenuate the alternating current component from the inverter input and to reduce the capacitor capacity required on the inverter DC line. The invention falls within the field of electronic power converters for c.c.-c.a. conversion. and AC, as well as their associated control (IPC classification: H02M).
Sunt cunoscute mai multe soluții pentru atenuarea componentei alternative a puterii de pe linia de curent continuu a invertoarelor monofazate. La ora actuală, soluția pasivă de filtrare, ce utilizează un condensator electrolitic de mare capacitate pe linia de c.c. a invertorului, predomină în toate aplicațiile datorită simplității acesteia. Cu toate acestea, se caută noi soluții care să elimine principalul dezavantaj al metodei pasive, și anume durata de viață redusă a condensatorului electrolitic ce afectează fiabilitatea întregului sistem după cum se descrie și în lucrarea S. Hârb, R.S. Balog, “Reliability of Candidate Photovoltaic Module-Integrated-Inverter (PV-MII) Topologies-A Usage Model Approach”, IEEE Transactions on Power Electronics, vol.28, no.6, 2013, pp.3019-3027.Several solutions are known for attenuating the alternative component of the DC power of single phase inverters. At present, the passive filtering solution, which uses a high capacity electrolytic capacitor on the DC line. of the inverter, it predominates in all applications due to its simplicity. However, new solutions are being sought to eliminate the main disadvantage of the passive method, namely the short life span of the electrolytic capacitor, which affects the reliability of the entire system as described in S. Hârb, R.S. Balog, "Reliability of Candidate Photovoltaic Module-Integrated-Inverter (PV-MII) Topologies-A Usage Model Approach," IEEE Transactions on Power Electronics, vol.28, no.6, 2013, pp.3019-3027.
Metodele active de decuplare existente au la bază circuite suplimentare funcționând ca filtre active de putere care extrag componenta oscilatorie a puterii și o deviază către un element de stocare de scurtă durată ce poate fi un condensator de capacitate mică, sau o bobină. Condensatoarele cu film de polipropilena de capacitate redusă sunt preferate datorită duratei de viață ridicate, astfel eliminându-se problema menționată anterior referitoare la condensatoarele electrolitice. Cu toate acestea, soluțiile active existente necesită componente suplimentare, ca: tranzistoare, diode, filtre. Așadar, complexitatea convertoarelor va crește, costul lor va fi mai mare iar randamentul global se va diminua. O analiză recentă a principalelor metode de decuplare existente, în principal cele destinate micro-invertoarelor pentru panouri fotovoltaice (PV), se prezintă în lucrarea H. Hu, S. Hârb, N. Kutkut, I. Batarseh, Z.J. Shen, “A Review of Power Decoupling Techniques for Micro-inverters with Three Different Decoupling Capacitor Locations în PV systems”, IEEE Transactions on Power Electronics, voi. 28, no. 6, 2013 pp. 2711 - 2726. Se constată că soluțiile analizate din literatura tehnică de specialitate necesită cel puțin un element semiconductor suplimentar și elemente pasive. în continuare, se vor discutaExisting active decoupling methods are based on additional circuits operating as active power filters that extract the oscillating component of power and divert it to a short-term storage element that may be a small capacity capacitor, or coil. Low capacity polypropylene film capacitors are preferred due to their high lifetime, thus eliminating the aforementioned problem of electrolytic capacitors. However, existing active solutions require additional components, such as: transistors, diodes, filters. Therefore, the complexity of the converters will increase, their cost will be higher and the overall efficiency will decrease. A recent analysis of the main existing decoupling methods, mainly those for photovoltaic (PV) panel inverters, is presented in the work of H. Hu, S. Harb, N. Kutkut, I. Batarseh, Z.J. Shen, "A Review of Power Decoupling Techniques for Micro-inverters with Three Different Decoupling Capacitor Locations in PV Systems," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 28, no. 6, 2013 pp. 2711 - 2726. It is found that the solutions analyzed in the technical literature require at least one additional semiconductor element and passive elements. Next, they will be discussed
rt.- 2 O H - 0 O 6 1 1 „ <rt.- 2 O H - 0 O 6 1 1 „<
i i ni- au invenții existente la nivel mondial, relevând principalele dezavantajele ale acestora față de invenția propusă.i have existing inventions worldwide, highlighting their main disadvantages compared to the proposed invention.
O soluție generală de minimizare a componentei alternative a puterii în convertoare monofazate este prezentată în brevetul Philip T. Krein, Robert S. Balog, „METHODS FOR MINIMIZING DOUBLE-FREQUENCY RIPPLE POWER în SINGLE-PHASE POWER CONDITIONERS”, US 8325499 B2, 2012. Aceasta constă în adăugarea unui sistem de stocare a energiei și a unei interfețe de putere care să devieze componenta oscilatorie a puterii, ce se transferă de la o sursă la o sarcină, sau rețea monofazată, către unitatea de stocare a energiei (ex. condensator). în brevetul menționat, se propune o metodă de control, ce are la bază generarea unei tensiuni pe elementul de stocare defazată cu 45° față de tensiunea alternativă de ieșire. Metoda implică utilizarea unui convertor bidirecțional suplimentar pentru elementul de stocare, ceea ce reprezintă un dezavantaj al invenției respective.A general solution for minimizing the alternative component of power in single-phase converters is presented in Philip T. Krein, Robert S. Balog, "METHODS FOR MINIMIZING DOUBLE-FREQUENCY RIPPLE POWER IN SINGLE-PHASE POWER CONDITIONERS", US 8325499 B2, 2012. This consists of adding an energy storage system and a power interface that deflects the oscillatory component of power, which is transferred from a source to a load, or a single-phase network, to the energy storage unit (eg capacitor). . In the mentioned patent, a control method is proposed, which is based on the generation of a voltage on the offset storage element by 45 ° with respect to the alternative output voltage. The method involves the use of an additional two-way converter for the storage element, which is a disadvantage of the invention.
în brevetul Shangzhi Pan, Sayed Aii Khajehoddin, Praveen K. Jain, Alireza Bakhshai, „POWER CONVERTER FOR A POWER GENERATOR”, US 2011/0261593 Al, se propune un convertor electronic de putere pentru interfațarea unor generatoare de mică putere (ex. PV, turbine eoliene) cu rețeaua monofazată. Convertorul conține două trepte de conversie a puterii, la intrare un etaj c.c.-c.c., respectiv un invertor la ieșire. Prin controlul celor două etaje se obține eliminarea componentei oscilante de la intrare, care va fi procesată pe linia de c.c. a invertorului unde se utilizează un condensator de capacitate redusă (cu două ordine de mărime mai scăzută decât în cazul metodei pasive de filtrare). Ca urmare, tensiunea de c.c. nu va rămâne constantă (sau cu riplu neglijabil) ca în cazul invertoarelor clasice, ci va conține o componentă alternativă ridicată. Pentru a elimina poluarea armonică a curentului injectat în rețea ca urmare a variației tensiunii de c.c., se aplică o corecție asupra tensiunii de referință aplicate generatorului PWM pentru comanda invertorului. Cu toate că invenția asigură decuplarea componentei alternative a puterii prin utilizarea unui condensator de capacitate redusă, principalul dezavantaj al acesteia constă în faptul ca poate fî aplicată numai prin adăugarea unui etaj de conversie c.c.-c.c. De asemenea, pentru aplicații care necesită transferul bidirecțional de putere între intrare și ieșire (ex. în cazul unui sistem de stocare a energiei), complexitatea convertorului c.c.-c.c. va crește considerabil.In Shangzhi Pan, Sayed Aii Khajehoddin, Praveen K. Jain, Alireza Bakhshai, "POWER CONVERTER FOR A POWER GENERATOR", US 2011/0261593 Al, an electronic power converter is proposed for interfacing low power generators (e.g. PV , wind turbines) with single phase network. The converter contains two stages of power conversion, at the entrance a DC-DC floor, respectively an inverter at the output. By controlling the two floors the elimination of the oscillating component from the entrance is obtained, which will be processed on the c.c. of the inverter where a capacitor of reduced capacity is used (two orders of magnitude smaller than in the case of passive filtering method). As a result, the voltage of c.c. it will not remain constant (or negligible ripple) as in the case of conventional inverters, but will contain a high alternative component. In order to eliminate the harmonic pollution of the current injected into the network due to the variation of the DC voltage, a correction is applied to the reference voltage applied to the PWM generator for inverter control. Although the invention provides for the decoupling of the alternative component of power by using a small capacity capacitor, its main disadvantage is that it can only be applied by adding a c.c.-c.c. Also, for applications that require two-way power transfer between input and output (eg in the case of an energy storage system), the complexity of the DC-DC converter it will grow considerably.
O altă invenție, Dong Dong, Dushan Boroyevich, Ruxi Wang, Fred Wang,”TWOSTAGE SINGLE PHASE BI-DIRECTIONAL PWM POWER CONVERTER WITH DC LINK CAPACITOR REDUCTION”, US 2012/0257429 Al, poate asigura reducerea substanțială a condensatorului de filtrare de c.c., putând fi adaptată și pentru aplicații cu transfer bidirecțional a ) / ^-2014-00611Another invention, Dong Dong, Dushan Boroyevich, Ruxi Wang, Fred Wang, "TWOSTAGE SINGLE PHASE BI-DIRECTIONAL PWM POWER CONVERTER WITH DC LINK CAPACITOR REDUCTION", US 2012/0257429 Al, can provide substantial reduction of the DC filter capacitor, it can also be adapted for applications with two-way transfer a) / ^ -2014-00611
1 -00- 2014 puterii, și constă în adăugarea unui braț cu două tranzistoare serie cu rol de filtru activ pe linia de1 -00- 2014 power, and consists of adding an arm with two series transistors with active filter role on the line
c.c. a invertorului. Se asigură astfel, devierea componentei oscilante a puterii către acest condensator. Se exemplifică o aplicație în care reducerea capacității condensatorului este de aproximativ 30 de ori față de filtrarea pasivă. Principalul dezavantaj al metodei îl constituie adăugarea a două tranzistoare și a unui inductor de filtrare pentru asigurarea funcției de decuplare, crescând complexitatea sistemului ce se va reflecta și într-un cost mai ridicat.D.C. of the inverter. Thus, the deviation of the oscillating component of the power towards this capacitor is ensured. An application is exemplified in which the capacitance reduction is about 30 times that of passive filtering. The main disadvantage of the method is the addition of two transistors and a filter inductor to ensure the decoupling function, increasing the complexity of the system which will be reflected at a higher cost.
în brevetul Sayed Aii Khajehoddin, Praveen Jain, Alireza Bakhshai, „INVERTER FOR A DISTRIBUTED POWER GENERATOR”, US 8670249 B2, 2014, se propune un invertor de curent pentru conectarea panourilor PV la rețeaua monofazată, în care se utilizează un inductor de c.c. și un convertor c.c.-c.c. cu un tranzistor și o diodă care asigură, pe lângă adaptarea nivelului de tensiune de la intrare, și funcția de decuplare. în acest caz nu se folosesc condensatoare ci bobina din cadrul invertorului de curent este utilizată ca element de stocare pe termen scurt pentru filtrarea componentei oscilante a puterii. Bobina va fi parcursă de curentul continuu de sarcină la care se adaugă o componentă alternativă ridicată, ceea ce poate conduce la saturația circuitului magnetic. Pe lângă acest aspect, decuplarea necesită suplimentar un tranzistor și o diodă, ceea ce reprezintă principalele dezavantaje ale invenției menționate.In the Sayed Aii Khajehoddin, Praveen Jain, Alireza Bakhshai patent, "INVERTER FOR A DISTRIBUTED POWER GENERATOR", US 8670249 B2, 2014, a current inverter is proposed for connecting PV panels to the single phase network, where a DC inductor is used. and a DC-DC converter with a transistor and a diode which, in addition to adapting the voltage level at the input, also provides the decoupling function. In this case, no capacitors are used but the coil inside the current inverter is used as a short-term storage element for filtering the oscillating component of power. The coil will be driven by the DC current to which a high alternating component is added, which can lead to saturation of the magnetic circuit. In addition to this, the decoupling additionally requires a transistor and a diode, which represents the main disadvantages of the invention.
Scopul invenției este de dezvoltare a unui circuit și a unei metode de decuplare a componentei oscilante a puterii pentru invertoare monofazate în punte H, fără a utiliza elemente semiconductoare suplimentare.The object of the invention is to develop a circuit and a method of decoupling the oscillating component of the power for single phase inverters in H-bridge, without using additional semiconductor elements.
Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în asigurarea decuplării componentei oscilante a puterii în cazul invertoarelor monofazate doar prin controlul invertorului și utilizarea unor condensatoare nepolarizate cu film de polipropilenă, conectate pe fiecare braț al punții invertoare între punctul median și una din bornele liniei de c.c.. Ca urmare, se asigură funcția de decuplare în condiții similare față de soluțiile prezentate anterior, dar fără utilizarea de elemente semiconductoare suplimentare, ceea ce reprezintă principalul avantaj al invenției propuse. Un alt avantaj al invenției constă în faptul că poate fi utilizată în diferite aplicații ce necesită un invertor monofazat, ce poate funcționa unidirecțional (ex. interfațarea surselor de energie regenerabilă la rețea, sau alimentarea unei sarcini monofazate), sau bidirecțional (ex. sisteme de stocare a energiei). Datorită numărului mic de componente necesare, complexitatea sistemului este redusă, ceea ce reprezintă un alt avantaj al invenției.The technical problem solved by the invention consists in ensuring the decoupling of the oscillating component of power in the case of single phase inverters only by the control of the inverter and the use of non-polarized capacitors with polypropylene film, connected on each arm of the inverter bridge between the midpoint and one of the DC line terminals. As a result, the decoupling function is provided under similar conditions to the solutions presented above, but without the use of additional semiconductor elements, which represents the main advantage of the proposed invention. Another advantage of the invention is that it can be used in different applications that require a single phase inverter, which can operate unidirectionally (eg interfacing renewable energy sources to the grid, or supplying a single phase load), or bidirectional (eg. energy storage). Due to the small number of components required, the complexity of the system is reduced, which is another advantage of the invention.
Se dă în continuare un exemplu de realizare a invenției în legătură și cu figurile 1...4, care prezintă:Following is an example of embodiment of the invention in relation to Figures 1 ... 4, which shows:
n t ν 2 Ο 1 4 - Ο Ο 6 1 1 ί 1 ‘•οβ- 2014n t ν 2 Ο 1 4 - Ο Ο 6 1 1 ί 1 '• οβ- 2014
- Fig. 1: Schema invertorului monofazat cu circuit de decuplare, cu punctul comun al condensatoarelor de decuplare conectat în două variante: a) la borna negativă DC-; b) la borna pozitivă DC+;FIG. 1: Schematic of the single phase inverter with decoupling circuit, with the common point of the decoupling capacitors connected in two variants: a) to the negative terminal DC-; b) at the DC + positive terminal;
- Fig. 2: Principalele forme de undă caracteristice invertorului monofazat cu metoda de decuplare inventată;FIG. 2: The main waveforms characteristic of the single phase inverter with the invented decoupling method;
- Fig. 3: Schema bloc generală a circuitului de control a invertorului monofazat cu metoda și circuitul de decuplare inventate;FIG. 3: General block diagram of the single-phase inverter control circuit with the invented method and decoupling circuit;
- Fig. 4: Rezultate experimentale: a) ide cu și fără decuplare; b) Ujc cu și fără decuplare; c) analiza armonică a curentului ide cu și fără decuplare; d) tensiunea (ucdi) și curentul (icdi) unui condensator de decuplare; e) tensiunea (w0) și curentul (z0) pe sarcină, curentul prin primul braț al invertorului (G).FIG. 4: Experimental results: a) idea with and without decoupling; b) Uj c with and without decoupling; c) harmonic analysis of the current of ideas with and without decoupling; d) voltage (ucdi) and current (icdi) of a decoupling capacitor; e) voltage (w 0 ) and current (z 0 ) on load, current through the first arm of the inverter (G).
Fig. 1 prezintă schema invertorului monofazat cu un circuit de decuplare a componentei alternative a puterii. Sistemul este alcătuit dintr-un invertor de tensiune 1 în punte H cu patru tranzistoare T1-T4, care este alimentat printr-o linie de curent continuu 2 cu tensiunea UdeTranzistoarele Ti-T4 sunt comandate cu pulsuri modulate în lățime (PWM). Punctele mediane A și B ale celor două brațe ale punții invertorului sunt conectate la două bobine de filtrare 3, fiecare având inductanța Ly. La bornele de ieșire ale bobinelor sunt cuplate două condensatoare nepolarizate 4 de c.a. de capacitate egală Cd, celelalte două terminale ale condensatoarelor fiind conectate împreună la una din bornele de c.c. ale invertorului 5, DC+ (Fig. la) sau DC- (Fig. lb). în funcție de aplicația în care se utilizează, ieșirea invertorului 6 în c.a. (cu tensiunea w0) poate fi conectată la o rețea monofazată, generator monofazat, sau la o sarcină locală. Conform acestei figuri, se indică faptul că prin circuitul și metoda de control aferentă se asigură transferul componentei oscilante a puterii (p) către cele două condensatoare de decuplare, astfel că linia de c.c. a invertorului va fi parcursă doar de componenta medie a puterii (P). în același timp soluția inventată nu va influența în mod negativ funcția primară a invertorului, astfel încât mărimile de ieșire u0 și i0 nu vor fi afectate.Fig. 1 shows the diagram of the single phase inverter with a circuit for decoupling the alternative component of the power. The system consists of a voltage inverter 1 in bridge H with four transistors T1-T4, which is supplied by a DC line 2 with the voltage Ude. The Ti-T 4 transistors are controlled by pulse width modulated (PWM). The midpoints A and B of the two arms of the inverter axle are connected to two filter coils 3, each having the inductance Ly. At the output terminals of the coils are coupled two nonpolarized capacitors 4 of equal capacity Cd, the other two terminals of the capacitors being connected together to one of the DC terminals of the inverter 5, DC + (Fig. A) or DC- (Fig. Lb ). Depending on the application in use, the output of inverter 6 in ac (with voltage w 0 ) can be connected to a single-phase network, single-phase generator, or to a local load. According to this figure, it is indicated that the circuit and the corresponding control method ensure the transfer of the oscillating component of power (p) to the two decoupling capacitors, so that the DC line of the inverter will be traveled only by the average power component (P). ). at the same time the invented solution will not adversely affect the primary function of the inverter, so that the output sizes u 0 and i 0 will not be affected.
Principiul metodei de control a invertorului cu circuitul de decuplare constă în modificarea tensiunilor de comandă ale celor două brațe ale punții H, astfel încât componenta alternativă a puterii vehiculate la ieșire să fie transferată condensatoarelor 4. Considerând cazul funcționării cu sarcină liniară la bornele invertorului, puterea instantanee p(f) de ieșire poate fi exprimată astfel:The principle of the inverter control method with the decoupling circuit consists in changing the control voltages of the two arms of the H-bridge so that the alternating component of the output power is transferred to the capacitors 4. Considering the case of linear load operation at the inverter terminals, the power Output p (f) snapshots can be expressed as follows:
p(t) = S cos φ — S cos(2<ut — φ) (1) ^-2014-00611 fr1 Ι '-ββ-2BU în care: P - reprezintă componenta medie a puterii; p - componenta oscilatorie, sau de c.a., cu frecvența egală cu dublul frecvenței de ieșire;p (t) = S cos φ - S cos (2 <ut - φ) (1) ^ -2014-00611 fr1 Ι '-ββ-2BU in which: P - represents the average power component; p - the oscillatory component, or so on, with a frequency equal to twice the output frequency;
Prin metoda inventată, se impune ca cele două condensatoare ale circuitului de decuplare să preia toată componenta alternativă p = pC(ii + Pcd2, adică:By the invented method, it is required that the two capacitors of the decoupling circuit take over all the alternative component p = p C ( ii + Pcd2, that is:
p — Cducdl ducdl t n ducd2 p - C d u cdl du cdl tn du cd2
W V W V (2) în același timp, se impune ca tensiunea de ieșire (mo) să nu fie afectată de circuitul de decuplare, adică:WVWV (2) at the same time, it is required that the output voltage (m o ) is not affected by the decoupling circuit, that is:
uo = Wcdi ~ ucd2 = V2i/O sin(iut) (3)u o = Wcdi ~ u cd2 = V2i / O sin (iut) (3)
Rezolvând sistemul de ecuații dat de (2) și (3), rezultă expresia matematică a tensiunilor la bornele celor două condensatoare, conform metodei inventate:Solving the system of equations given by (2) and (3), results the mathematical expression of the voltages at the terminals of the two capacitors, according to the invented method:
, V2t/O ~ 2 sin(tat) +1 —— sin(2<ut — φ) — 2[/2 sin2(<ut) + 4tĂ?o -I--— sin(<p) (4) în care: Uo - valoarea efectivă a tensiunii de ieșire; 5 - puterea aparentă de ieșire; ω - pulsația tensiunii de ieșire; φ - defazajul dintre tensiunea și curentul de ieșire; Cd - capacitatea unui condensator de decuplare; Uco - o tensiune inițială pe condensatoare, ce se determină numeric., V2t / O ~ 2 sin (tat) +1 —— sin (2 <ut - φ) - 2 [/ 2 sin 2 (<ut) + 4t? -I --- a sin (<p) (4) where: U a - the effective value of the output voltage; 5 - the apparent output power; ω - output voltage pulse; φ - the phase difference between the voltage and the output current; C d - the capacity of a decoupling capacitor; Uco - an initial voltage on capacitors, which is numerically determined.
Pentru generalizare, relația de mai sus poate fi scrisă în unități raportate (u.r.) astfel:For generalization, the above relationship can be written in reported units (u.r.) as follows:
'iSt 2 2S* —rsin(2mt — φ) - 2 sin2 (rut) -I- 4Uc0 -I--r-sin(^) (5) în care s-au luat ca mărimi de bază: Ub = Uo, Sb = Sn, Cb _ Sn <*>nvb cu Sn - puterea aparentă nominală, iar ω„ - pulsația nominală.'iS t 2 2S * —rsin (2mt - φ) - 2 sin 2 (rut) -I- 4U c0 -I - r-sin (^) (5) in which were taken as the basic sizes: U b = U o , S b = S n , C b _ Sn <*> n v b with S n - the nominal apparent power, and ω „- the nominal pulse.
Plecând de la ecuația (5), Fig. 2 prezintă principalele forme de undă caracteristice invertorului cu metoda de decuplare inventată. Tensiunile de pe cele două condensatoare de decuplare, împreună cu tensiunea de ieșire sunt prezentate în Fig. 2a, iar curenții principali din circuit sunt reprezentați în Fig. 2b. De remarcat faptul că pe linia de c.c. curentul idc conține doar componenta medie Ufr- Ca urmare a metodei de control inventate, tensiunile de pe cele două condensatoare din circuitul de decuplare vor conține armonici superioare de ordin par, principala fiind cea de ordinul 2, însă nefiind afectată tensiunea de ieșire. De asemenea, curenții prin condensatoare și prin brațele invertorului vor conține armonici superioare, așa cum se arată înStarting from equation (5), Fig. 2 shows the main waveforms characteristic to the inverter with the invented decoupling method. The voltages on the two decoupling capacitors, together with the output voltage, are shown in Fig. 2a, and the main currents in the circuit are represented in Fig. 2b. It should be noted that the DC line current i dc component contains only the average Ufr- As a result of the inventive control method, the voltages on the two capacitors decoupling circuit will contain higher even order harmonics, the main one being the order of 2 but the output voltage is not affected. Also, the currents through the capacitors and the arms of the inverter will contain higher harmonics, as shown in
V 2 Ο Η - Ο Ο 6 1 1 3V 2 Ο Η - Ο Ο 6 1 1 3
1 -08- 20141 -08- 2014
Fig. 2c. în Fig. 2d s-au reprezentat pe o perioadă a tensiunii alternative valorile instantanee ale principalelor puteri din circuit. Se observa ca p = pCdl + Pcd2, astfel încât pdc — P. Așadar, funcția de decuplare este îndeplinită, după cum este revendicată, fără utilizarea unor elemente semiconductoare suplimentare.Fig. 2c. in FIG. 2d the instantaneous values of the main powers in the circuit were represented over a period of alternating voltage. It is observed that p = p Cdl + Pcd2, so that p dc - P. Therefore, the decoupling function is performed, as claimed, without the use of additional semiconductor elements.
Fig. 3 prezintă schema bloc generală a sistemului de control pentru invertorul monofazat cu circuit de decuplare, conform metodei inventate. Aceasta include un subsistem 7 cu regulatoare pentru tensiunea de ieșire (wo) și curentul de ieșire (zo) care furnizează tensiunea de referință a invertorului ucab · Implementarea acestor regulatoare se poate face în mai multe moduri în funcție de aplicația în care este utilizat invertorul, dar metoda de decuplare poate fi adăugată indiferent de soluția adoptată. în vederea obținerii decuplării conform metodei inventate, s-a adăugat regulatorul 8, care amplifică componentele armonice pare (2 și 4 in principal) ale curentului idc în vederea anulării curentului pulsatoriu, furnizând la ieșire tensiunea de compensare ucomp. De subliniat faptul că adăugarea regulatorului 8 asigură funcția de decuplare conform metodei inventate. Semnalul ucab, înmulțit cu 1/2 prin blocul de amplificare 9, este adunat prin intermediul unui sumator 10 cu semnalul uCOmp , rezultând tensiunea de comandă ua, care împărțită prin intermediul unui bloc de divizare 11 la tensiunea de pe linia de c.c. Udc furnizează factorul de umplere Da pentru primul braț al invertorului. Similar, tensiunea ucab, înmulțită cu 1/2 prin blocul de amplificare 9, este scăzută din tensiunea ucomp prin sumatorul 12 și rezultă tensiunea de comanda ub , care împărțită prin intermediul unui bloc de divizare 13 la tensiunea de pe linia de c.c. Udc furnizează factorul de umplere Db pentru cel de-al doilea braț al invertorului. în continuare, factorii de umplere rezultați Da și Db sunt transmiși unui generator de pulsuri PWM 14, care furnizează 4 pulsuri de comandă pentru tranzistoarele T1-T4 din cadrul punții invertorului.Fig. 3 shows the general block diagram of the control system for the single phase inverter with decoupling circuit, according to the invented method. This includes a subsystem 7 with regulators for output voltage (w o ) and output current (z o ) that provide the inverter reference voltage u c ab · Implementation of these regulators can be done in several ways depending on the application in which the inverter is used, but the decoupling method can be added regardless of the solution adopted. In order to obtain the decoupling according to the invented method, the regulator 8 was added, which amplifies the harmonic components (2 and 4 mainly) of the current i dc in order to cancel the pulsating current, providing at the output the compensation voltage u comp . It should be emphasized that the addition of the regulator 8 provides the decoupling function according to the invented method. The signal u c ab, multiplied by 1/2 by the amplification block 9, is gathered by means of an adder 10 with the signal u CO mp, resulting in the control voltage ua, which is divided by a division block 11 at the voltage on the line. cc U dc provides the fill factor Yes for the first arm of the inverter. Similarly, the voltage u c ab, multiplied by 1/2 through the amplification block 9, is subtracted from the voltage u com p through the adder 12 and results in the control voltage ub, which is divided by a division block 13 to the voltage on the line of cc U dc provides the filling factor Db for the second arm of the inverter. Further, the resulting filling factors Da and Db are transmitted to a PWM 14 pulse generator, which provides 4 control pulses for the T1-T4 transistors within the inverter bridge.
Fig. 4 prezintă rezultate experimentale relevante pentru a demonstra funcționalitatea invertorului monofazat cu circuitul de decuplare și a metodei inventate. S-a utilizat un stand de laborator cu un invertor monofazat ce alimentează o sarcina liniară de lkW la o tensiune de 230V și frecvența de 50Hz. Tensiunea de alimentare de c.c. este de 450V, iar frecvența de comutație PWM este de 10kHz. Condensatoarele de decuplare au capacitatea Cd = 60pF fiecare. Evidențierea reducerii componentei alternative a curentului idc s-a realizat prin compararea rezultatelor obținute cu circuitul și metoda de decuplare inventate, față de cazul clasic al unui invertor în punte H fără decuplare. Astfel, Fig. 4a și Fig. 4b ilustrează curentul idc și tensiunea vdc în cele două cazuri. Se observă o micșorare semnificativă a componentei oscilante. De asemenea, analiza armonică a curentului idc, din Fig. 4c arată o atenuare substanțială a componentei alternative principale de 100Hz. Fig. 4d și Fig. 4e prezintă tensiunile pe un condensator deFig. 4 presents relevant experimental results to demonstrate the functionality of the single phase inverter with the decoupling circuit and the invented method. A laboratory stand with a single phase inverter was used which supplies a linear load of lkW at a voltage of 230V and a frequency of 50Hz. The DC supply voltage is 450V and the PWM switching frequency is 10kHz. The decoupling capacitors have the capacity C d = 60pF each. Highlighting the reduction of the alternating current component i dc was achieved by comparing the results obtained with the invented circuit and decoupling method, compared to the classic case of an inverter in bridge H without decoupling. Thus, FIG. 4a and FIG. 4b illustrates the current i dc and the voltage v dc in the two cases. A significant decrease of the oscillating component is observed. Also, the harmonic analysis of the current i dc , from Fig. 4c shows a substantial attenuation of the main 100Hz alternative component. Fig. 4d and FIG. 4e shows the voltages on a capacitor
ον- 2 ο 14 - 0 0 6 1 1 ι ι-οι-au decuplare și pe sarcină, respectiv curenții prin condensator, filtru și sarcină. Forma de unda a tensiunii pe un condensator de decuplare se observă că este similară celei din Fig. 2a, iar curentul prin același condensator conține, pe lângă componentele armonice de frecvență joasă, un riplu produs de comutația tranzistoarelor. De remarcat faptul că tensiunea de ieșire (vo) nu suferă distorsiuni armonice vizibile, factorul de distorsiune total al tensiunii fiind de aproximativ 2%, așadar alimentarea sarcinii nu este afectată de circuitul și metoda de decuplare inventate.ον- 2 ο 14 - 0 0 6 1 1 ι ι-οι have decoupling also on the load, respectively the currents through the capacitor, filter and load. The waveform of the voltage on a decoupling capacitor is observed to be similar to that in Fig. 2a, and the current through the same capacitor contains, in addition to the low frequency harmonic components, a ripple produced by the switching of the transistors. It should be noted that the output voltage (v o ) does not suffer from visible harmonic distortions, the total distortion factor of the voltage being about 2%, so the load supply is not affected by the circuit and the decoupling method invented.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ROA201400611A RO130090B1 (en) | 2014-08-11 | 2014-08-11 | Method for decoupling the oscillating power for single-phase inverters |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ROA201400611A RO130090B1 (en) | 2014-08-11 | 2014-08-11 | Method for decoupling the oscillating power for single-phase inverters |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RO130090A0 true RO130090A0 (en) | 2015-02-27 |
RO130090B1 RO130090B1 (en) | 2020-12-30 |
Family
ID=52544120
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
ROA201400611A RO130090B1 (en) | 2014-08-11 | 2014-08-11 | Method for decoupling the oscillating power for single-phase inverters |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RO (1) | RO130090B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107508479B (en) * | 2017-08-01 | 2024-01-30 | 华东交通大学 | Four-switch alternating-current side power decoupling circuit and decoupling control method |
-
2014
- 2014-08-11 RO ROA201400611A patent/RO130090B1/en unknown
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107508479B (en) * | 2017-08-01 | 2024-01-30 | 华东交通大学 | Four-switch alternating-current side power decoupling circuit and decoupling control method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RO130090B1 (en) | 2020-12-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9859814B2 (en) | Method and apparatus for independent control of multiple power converter sources | |
US9608447B2 (en) | Solar photovoltaic three-phase micro-inverter and a solar photovoltaic generation system | |
CN110323959B (en) | Single-phase inverter capable of inhibiting secondary ripple and common-mode leakage current and control method thereof | |
RU2629005C2 (en) | Converter unit with parallelly included multistage semiconductor converters and their control method | |
Serban | A novel transistor-less power decoupling solution for single-phase inverters | |
EP2950438A1 (en) | Five level inverter | |
Guo et al. | Overview of recent advanced topologies for transformerless dual-grounded inverters | |
CN104269914A (en) | Wind-solar complementary control and inversion integrated machine | |
RU2667479C1 (en) | Active filter of higher harmonics of currents of three-phase network | |
RO130090A0 (en) | Circuit and method for decoupling the oscillating power for single-phase inverters | |
Khan et al. | Switchless power decoupling and switchless leakage current elimination in grid-tied inverters | |
Mukundan et al. | An improved H-bridge multilevel inverter-based multiobjective photovoltaic power conversion system | |
RU126529U1 (en) | ACTIVE CURRENT FILTER | |
RU99667U1 (en) | AC VOLTAGE CONVERTER TO DC | |
Matiushkin et al. | Design of LCL-filter for grid-connected buck-boost inverter based on unfolding circuit | |
Munaretto et al. | Single-phase transformerless dual buck-based grid-connected inverter | |
Rajasekar et al. | Power quality enhancement using cascaded multilevel inverter based shunt hybrid active power filter | |
Lu et al. | Current ripple reduction for photovoltaic powered single-phase buck-boost differential inverter under nonlinear loads | |
Kalpana et al. | A Novel 31 Level Cascaded H-Bridge Inverter | |
Chen et al. | Battery current-sharing power decoupling method for realizing a single-stage hybrid PV system | |
RU119538U1 (en) | COMPENSATOR OF REACTIVE POWER AND DISTORTION POWER ON THE BASIS OF CASCADE MULTI-LEVEL INVERTER | |
CN214412581U (en) | Circuit for reducing input current harmonic waves and bus voltage ripple waves of rectifying circuit | |
Naqvi et al. | A PV-battery system integrated to weak distribution grid with PV intermittency smoothening and feed-in tariff operation with improved power quality | |
Ćuk et al. | Summation of harmonic currents of variable-speed induction motor drives | |
Sai et al. | Distributed MPPT PV system with current source inverter |