三电平光伏逆变器高效DPWM研究

1. 引言

本文从效率提升角度出发 , 详细分析了逆变器不同调制策略下开关器件及滤波器损耗分布情况 , 并在 50kW 组串式三电平光伏逆变器上对比分析采用 SVPWM 和 DPWM 两种调制方法对逆变器效率和谐波的影响 , 最终验证了采用 DPWM 调制策略的优越性。

2 SVPWM 和 DPWM 对比

一般组串式逆变逆变器主要采用两级拓扑结构 , 前级为 B O O ST 升压电路 , 后级逆变器电路。拓扑结构如图 1 所示 , 电池板所产生的直流电通过 BOOST 电路升压后经三相逆变桥臂转化为交流电 , 经 LC 滤波后并入电网。

2.1 SVPWM 调制

SVPWM 作为一种连续调制算法 , 具有主流电压利用率高、易于数字化等优点 , 在三电平光伏逆变器中广泛应用。三电平空间矢量调制 (SVPWM) 中 , 参考电压矢量 Vref 由距离最近的三个矢量合成 [2], 即最近三矢量原则 , 在一个载波周期内 , 可以实现三电平的七段式矢量发生。等效 SVPWM 调制算法的实现方法是在 SPWM 调制算法产生调制波 Vx(x=a,b,c) 的基础上叠加零序电压分量 Vo=(-Vmin-Vmax)*0.5, 其中 ,Vmax 和 Vmin 分别为三电平空间矢量各扇区相电压的最大和最小值。叠加 V0 后的三相调制波 Vx * =Vx+Vo(x=a,b,c) 实际上是对三相调制波进行了居中处理 [3], 新的调制波由正弦波变为如图 2 所示的马鞍波。

2.2 SVPWM 调制下中点电位平衡控制

二极管中点箝位式三电平逆变器中点电位不平衡问题 , 将导致电压、电流波形畸变 , 可能导致直流侧及功率器件的损坏 , 对整个系统危害极大。为保证三电平逆变器稳定可靠运行 ,首先需要保证中点电位不发生偏移 , 在此基础上 , 中点电位的波动越小越好 [4]。基于零序电压注入的中点电位平衡控制算法反映了中点电位波动问题的本质 [5], 只需在调制波中叠加公式 1, 无需复杂的运算。