三電平光伏并網(wǎng)逆變器的設(shè)計和仿真

1、三電平光伏并網(wǎng)逆變器共模電壓三電平光伏并網(wǎng)逆變器共模電壓SVPWMSVPWM抑制策略研究抑制策略研究發(fā)布:20110907|作者:|來源:mahuaxiao|查看:436次|用戶關(guān)注：摘要：本文提出了一種優(yōu)化空間矢量脈寬調(diào)制方法來抑制光伏并網(wǎng)逆變器中產(chǎn)生的共模電壓。在分析共模電壓產(chǎn)生機理的基礎(chǔ)上，對通常SVPWM調(diào)制技術(shù)進行改進調(diào)整了有效矢量的選擇范圍并對開關(guān)次序進行優(yōu)化。該空間矢量合成算法克服了SPWM調(diào)制存在的母線電壓利用率低，線性

2、調(diào)制區(qū)小的問題。仿真結(jié)果表明，該算法可以將共模電壓幅值抑制到普通SVPWM算法的12，具有良好的有效性和實用性。1引言目前多電平變流器以其突出的優(yōu)點在高壓大摘要：本文提出了一種優(yōu)化空間矢量脈寬調(diào)制方法來抑制光伏并網(wǎng)逆變器中產(chǎn)生的共模電壓。在分析共模電壓產(chǎn)生機理的基礎(chǔ)上，對通常SVPWM調(diào)制技術(shù)進行改進調(diào)整了有效矢量的選擇范圍并對開關(guān)次序進行優(yōu)化。該空間矢量合成算法克服了SPWM調(diào)制存在的母線電壓利用率低，線性調(diào)制區(qū)小的問題。仿真結(jié)果表明

3、，該算法可以將共模電壓幅值抑制到普通SVPWM算法的12，具有良好的有效性和實用性。1引言目前多電平變流器以其突出的優(yōu)點在高壓大功率變流器中得到了日益廣泛的應(yīng)用它不僅能減少輸出波形的諧波，也易于進行模塊化設(shè)計[12]。二極管中點箝位式(NPC)三電平拓撲結(jié)構(gòu)即是高壓大功率變頻器的主流拓撲結(jié)構(gòu)之一[3]。然而在三電平變流器的應(yīng)用中也出現(xiàn)了一些問題，特別是共模電壓問題。目前，變頻器共模電壓的抑制方法主要有兩種：一是外加無源濾波器等，或有源濾

4、波器[46]，這類方法會導(dǎo)致體積和成本顯著增加，且不易應(yīng)用于高壓大容量場合；二是通過控制策略從源頭減小共模電壓，文獻[7]、[8]提出一種SPWM消除共模電壓的調(diào)制方法。該方式是通過異相調(diào)制來消除開關(guān)共模電壓但是存在直流電壓利用率低、線性調(diào)制區(qū)過小的問題。針對SPWM調(diào)制的電壓利用率低、不利于運用于各種調(diào)制比工況下的缺點，本文從三電平逆變器共模電壓形成機理出發(fā)，提出了一種基于優(yōu)化電壓空間矢量(SVPWM)方法可有效抑制三電平逆變器輸出共

5、模電壓。并通過MatlabSimulink軟件對該方法進行了仿真驗證結(jié)果表明效果良好。2光伏三電平逆變器及其共模電壓本文研究的三電平光伏逆變器系統(tǒng)如圖1所示。其輸入為光伏陣列的直流電壓，逆變器主拓撲為NPC三電平結(jié)構(gòu)。設(shè)直流母線電壓的幅值為Vdc用開關(guān)狀態(tài)字“1”“0”和“1”分別表示逆變器每相輸出為Vdc2、0和Vdc2的三種狀態(tài)則三相三電平逆變器總共有27種不同的開關(guān)狀態(tài)。根據(jù)幅值和相位可以畫出三電平逆變器的電壓空間矢量圖，具體如圖

6、2所示。從表1中的27種狀態(tài)可以看出對于可控的PWM輸出波來講其輸出共模電壓的幅值在0Vdc～Vdc2之間變化。欲減小共模電壓，應(yīng)盡量不使3個輸出端與同一“”極性端或“”極性端連接避免2個端子一起接到“”極性端或“”極性端，而另一個端子接到直流中性點如使用表中D類的7個狀態(tài)字此時逆變器的輸出共模電壓為0，但不能只選用Ｄ類矢量，因為那樣雖能很好的抑制共模干擾，但卻因為少的合成矢量會造成參考電壓過渡不平滑，使得逆變器輸出線線間電壓波形變差，

7、因此需要均衡考慮共模差模問題。本文所研究的SVPWM算法中，就是選擇合理輸出共模電壓較小的矢量來合成參考電壓矢量。由表1可見(111111)，(110101011011101110)八個開關(guān)狀態(tài)造成了很大的共模干擾，因此，本研究就避開這八個開關(guān)狀態(tài)(即圖2中方框中的矢量)，這樣就能從源頭上降低逆變器的共模輸出電壓。本文具體采用CDE三類矢量，這樣，理論上即可以把逆變器輸出共模電壓幅值降為Vdc6。然而可用矢量的減少使得無法采用傳統(tǒng)的七段

8、式脈沖觸發(fā)序列，因此，本策略采用五段式脈沖觸發(fā)序列。基于以上分析，可依據(jù)下列步驟實現(xiàn)SVPWM算法：①確定當(dāng)前矢量的幅值和角度；②判斷參考矢量所處的扇區(qū)及區(qū)域；③確定構(gòu)成該矢量的實際開關(guān)矢量；④確定開關(guān)矢量的作用時間及工作順序。具體矢量計算方法見文獻[3]，本文以圖4Ⅰ扇區(qū)F區(qū)為例，在F區(qū)中各矢量持續(xù)時間為：式2中：ta，tb，tc分別表示矢量V1、V8、V7在一個PWM周期內(nèi)的持續(xù)時間；；A為輸出電壓調(diào)制比；Ts為開關(guān)周期。開關(guān)變換次