考虑中点电位平衡的三电平逆变器断续脉宽调制策略研究

发布时间：2020-02-15 05:28

【摘要】：在大功率逆变器中采用断续脉宽调制(discontinuos pulse width modulation,DPWM)可实现开关损耗不变的前提下,有效提高逆变器等效开关频率,提高系统控制性能,降低滤波器的设计难度。但三电平DPWM中点平衡控制尚未有很好的解决方案。该文以三电平DPWM1为例,分析基于空间矢量脉冲宽度调制的三电平DPWM1实现方法。借鉴连续调制的中点平衡控制方法定量分析三电平DPWM1及其冗余矢量序列(DPWM3)对中点电位的影响。文中提出一种基于DPWM1和DPWM3混合调制策略,该调制策略能有效控制中点电位平衡,在中点电位调节期间开关频率基本不变,两种调制算法的切换采用滞环方式,切换时选择两种调制算法每个小扇区中的共同矢量作为切换矢量,减小切换造成的额外开关动作。最后,仿真和实验结果验证所提的调制策略的有效性。
【图文】：

增刊孙青松等：考虑中点电位平衡的三电平逆变器断续脉宽调制策略研究1835实验验证为进一步验证理论分析和仿真结果的正确性，搭建25kW三电平NPC小样机实验平台进行实验验证，小样机采用TI公司的TMS320F28377数字处理器和XILINX的FPGAXC6SLX25作为控制系统，实验平台如图11所示。实验系统参数如表4所示，，其中中间支撑电容C1和C2取值为28mF。NPC控制板直流电容示波器上位机图11实验平台Fig.11Experimentalplatform图12给出了采用DPWM1作为调制策略但未进行中点电位控制的实验波形。从图12(a)可知，随着并网电流增大，中点电位偏差值也随着增加，当偏差值达到保护阀值后会导致变流器不能正常工作。图12(b)给出了中点电位偏差值达到30V时，A相电压、AB相线电压和A相电流波形，可以看出相电压，线电压因为上下电容的不均衡变得不再对称，会引起并网电流含有较大的二次谐波。图13给出了本文所提出的中点平衡控制方法的实验波形。从图13(a)可知，中点电位的偏差被较好的控制在滞环环宽内。图13(b)、(c)给出了在t1t(4s/格)(a)中间直流电容电压偏差Ia(0A/5格)IaΔUdcΔUcd(0V/2格)t(10ms/格)(b)中点电位偏差值30V时相电压、线电压和相电流波形Ia(0A/5格)IaΔUdcΔUcd(0V/2格)UaUabUa、Uba(0V/4格)图12未进行中点平衡控制实验波形Fig.12Experimentalwaveformswithoutneutral-pointbalancingmethodΔUdc13(c)13(b)t(4s/格)(a)中间直流电容电压偏差ΔUcd2(0V/格)t(20ms/格)(b)中点电位偏移至下限时相、线电压和相电流Ia(0A/5格)IaΔUdcΔUcd(0V/2格)U

增刊孙青松等：考虑中点电位平衡的三电平逆变器断续脉宽调制策略研究1835实验验证为进一步验证理论分析和仿真结果的正确性，搭建25kW三电平NPC小样机实验平台进行实验验证，小样机采用TI公司的TMS320F28377数字处理器和XILINX的FPGAXC6SLX25作为控制系统，实验平台如图11所示。实验系统参数如表4所示，其中中间支撑电容C1和C2取值为28mF。NPC控制板直流电容示波器上位机图11实验平台Fig.11Experimentalplatform图12给出了采用DPWM1作为调制策略但未进行中点电位控制的实验波形。从图12(a)可知，随着并网电流增大，中点电位偏差值也随着增加，当偏差值达到保护阀值后会导致变流器不能正常工作。图12(b)给出了中点电位偏差值达到30V时，A相电压、AB相线电压和A相电流波形，可以看出相电压，线电压因为上下电容的不均衡变得不再对称，会引起并网电流含有较大的二次谐波。图13给出了本文所提出的中点平衡控制方法的实验波形。从图13(a)可知，中点电位的偏差被较好的控制在滞环环宽内。图13(b)、(c)给出了在t1t(4s/格)(a)中间直流电容电压偏差Ia(0A/5格)IaΔUdcΔUcd(0V/2格)t(10ms/格)(b)中点电位偏差值30V时相电压、线电压和相电流波形Ia(0A/5格)IaΔUdcΔUcd(0V/2格)UaUabUa、Uba(0V/4格)图12未进行中点平衡控制实验波形Fig.12Experimentalwaveformswithoutneutral-pointbalancingmethodΔUdc13(c)13(b)t(4s/格)(a)中间直流电容电压偏差ΔUcd2(0V/格)t(20ms/格)(b)中点电位偏移至下限时相、线电压和相电流Ia(0A/5格)IaΔUdcΔUcd(0V/2格)U

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