一个Battery-Balancing Nine-Level逆变器

r . Dharmaprakash¹,p . Vetri velavan²

JNT大学电气与电子工程系海得拉巴,印度¹
圣彼得大学电气与电子工程系钦奈,印度²

文摘

摘要本文nine-level逆变器被设计和实现经营电池平衡放电系统,从而增加储存能量的能力可再生能源的利用率。也在这个系统级联多电平逆变器选择性谐波消除和一个算法来计算级联多电平逆变器的开关角最小化总谐波失真(THD)提出。每个级别的级联多电平逆变器电路的输入直接连接到一个电池。工作周期的开关控制每一层包含的交流输出电压总谐波失真最小化。此外,电池放电功能也实现了平衡。最后,一个等价模型提出了系统的框图来验证使用仿真软件MATLAB软件的可行性和优势。刺激的结果表明,该多电平逆变器选择性谐波消除和battery-balanced放电功能可以有效地消除谐波,提高级联battery-imbalanced问题当我们必需的。指数Terms-Cascaded逆变器,最低(THD,电池平衡放电。

关键字

级联逆变器、最小拉力、电池平衡放电。

介绍

近年来,环境问题和持续消耗的化石燃料储备促使重要的可再生能源的兴趣。能量储存成为主导因素在经济发展可再生能源的广泛介绍。与其他常见的能量储存之前使用木材或煤等,必须使用电力产生,或立即转换成另一种形式的能源潜力,等动能或化学。直到最近电能没有转换和存储规模大,然而新的努力,效果开始在21世纪。储存能量的早期解决方案用于电电池的发展是一个电化学存储设备。

然而,可再生能源,如风力涡轮发电机和照片——伏打在本质上是间歇性的,并产生有功功率波动。连接这些断断续续的来源以大型公用电网可能会影响电网的电压/频率控制,并可能导致严重的电能质量问题。能源存储系统是必不可少的赔偿,这是一个大容量的电池。为了减少能量损失在输电线路和增加电池容量,电池串联的银行通常是高压直流电源。此前已有限的电池使用在电力系统由于其相对较小的容量和高成本。然而,由于对21世纪的第一个十年中期,新电池技术已经开发出来,现在可以提供重要的公用事业规模的负载均衡能力,截至2013年,显示承诺竞争的替代方法。

一个类似的可能的解决方案来处理太阳能和风能的间歇性问题的能力。这个结果是较小的存储容量和循环寿命短。因此,电力转换系统需要一个电池平衡电路如图1所示,调整每个电池电压相等。

电池平衡策略可以分为三种方法:

1。每个电池平衡通过提供额外的充电电流直到每个单元的电压达到阈值。但是这个过程是电池受到在带电条件或受到高压压力开关装置。

2。平衡由单独消耗过度的电流从电池电压高于设定阈值返回主充电汽车。这个过程需要高电压转换器的转化率,这将导致系统效率降低和高压压力开关设备。

3所示。平衡都通过允许电流从电池到每个达到设定阈值的电压。这个过程使用的开关电路控制电池能量,高容量电池能量转移到低容量电池的电容或者电感暂时存储的能量。它会增加输电线路和开关元件的能量损失。

然而,一个额外的电池平衡电路不仅增加电路复杂和成本,但也降低了效率。为了解决这个问题,一个级联多电平逆变器选择性谐波消除和电池平衡放电功能。多级串联转换器是一个有吸引力的中压大功率应用程序拓扑。因为它是简单的和模块化的结构,可以达到中/高电压和低电压/电流谐波不使用升压变压器或开关设备连接在系列。在本文中,每个级别的级联多电平逆变器电路的输入直接连接到一个电池。每个层次的责任周期控制和最小化包含交流输出电压总谐波失真。另外,电池——平衡放电功能也实现了。最后,实现了一个原型来验证其可行性和优秀的性能。

多级逆变器

多电平逆变器是最近和流行类型综合所需的电力电子变换器的输出电压从9水平的直流电压作为输入。如果使用足够数量的直流源,可以合成近正弦电压波形。与刚性开关两级脉宽调制逆变器相比,多电平逆变器提供了几个优势,比如其功能运行在高电压较低的dv / dt /切换、高效率、低电磁干扰[1]- [4]。

合成多级使用不同级别的直流输入、输出交流电压半导体器件必须开启和关闭的方式获得所需的基本与谐波失真最小。常见的切换技术是选择性谐波消除(她)方法在基本频率,解决的超越方程描述谐波计算开关角[2],[3]。很难解决她和这些方程在本质上是高度非线性的,可能产生简单,多个,甚至没有解决方案特定的调制指数的价值。

一项重大的任务是如何得到所有可能的解决方案集,他们使用简单和更少的计算复杂的方法存在。一旦获得了这些解决方案集,官至少选择的解决方案。在[4]-[6],实现了迭代数值技术解决她方程只有一个解集生产,甚至为这一个合适的初始猜测和初始值的调制指数的解决方案是必需的。[7],[8],多项式理论的角度和对称多项式理论提出解决多项式方程得到的超越方程。

这些方法的一个困难是几个Hbridges连接在系列中,多项式的顺序变得非常高从而使这些多项式的计算解决方案非常复杂。优化技术,提出了基于遗传算法(GA)计算9-level逆变器的开关角[9]。

这种方法的实现需要正确选择的某些参数如人口规模、突变率等,从而实现更高级别的逆变器也变得困难。为了规避以上问题,本文的应用牛顿-拉富生方法提出了求解这些方程。拟议的技术实现的方式任意数量的所有可能的解决方案H-bridges连接在系列计算任意初始猜测与微不足道的计算工作。9-level的完整分析逆变器使用四个Hbridges每相串联,这是一系列调制指数表明,转换角度计算生产所需的基本电压V1 = (s 4 vdc /),消除5日,7日,11日至13日谐波组件。

级联多电平逆变器

级联多电平逆变器(CMLI)是家庭中最重要的一个拓扑的多层次、多脉冲逆变器。它需要最少的组件比较diode-clamped和飞电容式多电平逆变器,不需要特别设计的变压器相比多脉冲逆变器。模块化结构简单的切换策略,占据更少的空间[1],[3]。CMLI由h桥逆变器的单位有独立的直流源的每个单元和连接级联或系列,如图2所示。每个H -桥可以产生三种不同的电压等级:+ Vdc, 0和- Vdc通过连接直流源交流输出端通过不同组合的四个开关S1、S2、S3和S4。

每个串联h桥连接的交流输出,输出电压波形合成的总和个人的h桥输出。通过连接Hbridges足够数量的级联,使用适当的调制方案,可以合成近正弦输出电压波形。输出相电压水平的数量是2 s + 1, s在哪里使用的Hbridges数量每阶段。图3显示了一个使用四个H-bridges 9-level输出相电压波形。交流输出相电压的大小是由范= va1 + va2 + va3 + va4 [2]。

脉宽调制

多载波相位性格PWM方案用于控制信号的生成。提出切换策略的基本原理是生成门信号通过对比修正正弦调制/参考信号,在基本频率,有四个三角载波有更高的开关频率和相位,但不同的偏置电压。在实践中,载体基本频率比40采用更好的性能的多电平PWM方案[10]。对于基本频率的一个周期,提出了多电平逆变器通过8个模式运作。图3说明了单位输出电压波形为一个周期。八个模式描述如下

模式1:= 0,vt u1和u6≤≤vt≤p;模式2:= u1≤vt≤u2和u5≤vt≤u6模式3:= u2, vt≤u3和u4≤vt≤u5;模式4:= u3≤5: vt≤u4模式= p, vt≤得以和u12≤vt≤2 p;模式6:=得以≤vt≤与和u11≤vt≤u12模式7:=与vt≤u9和u10≤vt≤u11;模式8:= u9≤vt≤u10

相位角度θ,取决于调制指数,马[11]

特定消谐

有许多流行的方法是用来减少谐波为了得到一个有效的结果。流行的高开关频率的正弦脉宽调制方法和空间矢量脉宽调制。低开关频率方法是空间矢量调制和选择性谐波消除。变频调速技术的缺点,它不能完全消除低次谐波。由于这造成损失和高过滤要求是必要的。在空间矢量调制技术不能适用于直流电压不平衡。

她PWM技术使用许多数学方法来消除特定谐波如5、7、11、13次谐波。流行的特定消谐方法也被称为基本开关频率谐波消去法理论的基础上。如图3所示,多级转换器可以产生一个四分之一波长对称了电压波形合成了几种直流电压。多级逆变器提供一个官少比其他逆变器,它可以提高添加了更多的水平。其中一个缺点是开关角的计算需要更多的水平以来,更多的角度必须计算,更多的时间是花在计算。图3显示了一个多级逆变器输出9步骤。

多级逆变器提供一个官少比其他逆变器,它可以提高添加了更多的水平。其中一个缺点是开关角的计算需要更多的水平以来,更多的角度必须计算,更多的时间是花在计算。图3显示了一个多级逆变器输出9步骤。最常用的技术之一寻找谐波转换角度是使用rms的每个组件电池输出电压元件和开关电压系数来消除谐波。谐波被淘汰的数量等于开关角计算的数量- 1,这种技术

一个计算机程序可以用来找到最低的开关角(THD使用相同的方程,但是计算时间的增加的数量的角度。需要计算p cos的计算,两根,累加和2 p, p + 2次乘法,和一个部门,p是角计算的数量。计算最小拉力取决于角分辨率。一度解决第一个角度从1°- 89°的步骤1°,第二个角度从2°- 89°等等,所以,p角度需要Π(90 - n) / p1 p1在官1 p计算的范围。

例如,对于两个角和一个官度分辨率需要3916计算,假设程序检查每个角的最小拉力测量在所有可能的值。与相同的三个角分辨率需要113564近似计算。程序的流程图见图6。越是需要转换角度,必须嵌套循环,程序可以运行花费了大量的时间。这就是为什么增量(Inc)是一个关键的发现首先密切值转换角度,然后修改限制每个循环的值,也就是说,我从苦恼aiH角度,极限的值。增量(公司)从一个较大的值开始,说6所有范围的角度,从0到90度。

第一次运行程序的种子或关闭角最小(THD值。例如,对于p = 5和公司= 6第一运行的程序给7°,14°27°,40°和59°。第一个运行计算需要2002,不到需要两个角度计算。新限额值可以计算从公司价值生病= aix-Inc / 2和aiH = aix + / 2,在aix的新价值角度我。对于这个示例值的极限(10),(11日17),(24、30)(37岁,43)和(56岁,62年)。接近角与公司可以找到真正的最低(THD等于1。在这种情况下,第二次运行的程序给6°,17°29°42°和60°,和公司的新限制值等于0.1(5.5,6.5),(16.5,17.5),(28.5,29.5),(41.5,42.5)和(59.5,60.5)。第二次运行的程序需要7776近似计算。第三运行的程序与这些值在表3中给出了角度3 - 15水平。

刺激系统的结果

为了访问的有效性提出了级联多电平逆变器拓扑结构,模拟通常提前进行。MATLAB仿真软件模拟该nine-level逆变器根据提出的切换方案部分。脉宽调制技术用于脉冲的一代。输出波形是相电压,它由九个水平。她PWM技术用于减少奇怪的谐波。九级逆变器输出如下所示的图7

结论

本文提出的级联多电平逆变器的新配置。操作原则,详细分析了调制方案和切换功能。提出的多电平逆变器表现出的行为3 -,5 -和7-level逆变器早些时候报道,除了特征。通过控制调制指数,所需的逆变器的输出电压的水平已经达到了。

在这个项目中,一个级联多电平逆变器选择性谐波消除和battery-balanced放电功能是成功。每个级别的级联多电平逆变器电路的输入直接连接到一个电池。工作周期的开关控制每一层包含的交流输出电压总谐波失真最小化。仿真系统的结果表明,该多电平逆变器选择性谐波消除和battery-balanced放电功能可以消除谐波和有效改善级联电池——不平衡问题是我们想要的。

表乍一看


表1	表2	表3

数据乍一看


图1	图2	图3	图4

图5	图6	图7

引用

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