关键字 |
| 级联h桥多电平逆变器,正弦脉冲宽度调制,总谐波失真。 |
介绍 |
| 多级逆变器包括一组功率半导体和直流电压源,生成的输出电压与加强波形[1]相比,两级电压源逆变器(VSI)。多级电压源逆变器使合成输出电压和减少谐波失真和降低电磁干扰[2]。通过增加水平的数量多电平逆变器输出电压有更多的步骤生成一个楼梯波形,降低谐波失真。然而更多的水平增加设备的数量必须控制和控制复杂性[3]。结果,最具吸引力的应用这一技术在中等到高电压范围。多电平逆变器不仅达到高功率等级,但还允许使用光伏等可再生能源,风能和燃料电池可以轻易界面的多电平逆变器系统的高功率应用程序。多电平逆变器的优点是较小的输出电压的步骤,导致高压能力,较低的谐波分量,降低切换损失,更好的电磁兼容性和高电能质量。也可以在两个基本的开关频率和高开关频率PWM。该领域的应用包括用于层合机,水泵,输送机,压缩机风扇,鼓风机和纱厂。随后,开发了多电平逆变器拓扑。 |
| 三种不同拓扑结构提出了多级逆变器即中性点夹(NPC)多电平逆变器,飞电容器(FC)多电平逆变器和级联h桥多电平逆变器(慢性乙肝)[4],[5]。全国人大多电平逆变器也称为二极管夹可以考虑引入的多电平逆变器的第一代Nabae et al。[6],这是一个3级逆变器。三级的全国人大多电平逆变器已经广泛应用于不同的行业。与全国人大类型不同,FC多电平逆变器提供一些冗余切换状态,可用于调节电容器的电压。然而,控制方案变得复杂。此外,电容器的数量增加,增加的数量的电压水平。慢性乙肝的多电平逆变器使用串联h桥单元隔离直流源连接到每一个细胞。的级联h桥多电平逆变器可以从观点分为两组值的直流电压源即对称和不对称拓扑。在对称拓扑结构,所有的直流电压源的值是相等的。这一特点给出了拓扑结构良好的模块化。 However, the number of switching devices rapidly increases with increase in the number of output voltage levels. If the values of the DC voltage sources selected are different, then these topologies are called asymmetric [7],[8].The CHB multilevel inverters have been industrially employed in several application fields such as pumps, fans, compressors ,etc. In addition, they have recently been proposed for other applications like photovoltaic power-conversion systems and wind power conversion. |
| 本文提出了一种新颖的多电平逆变器拓扑结构使用三个串联多级逆变器。提出拓扑使用光伏电池作为一个直流源和其他两个串联的直流电压源。发展了几种调制技术等多级逆变器正弦脉宽调制(SPWM),选择性谐波消除脉冲宽度调制(SHE-PWM),空间矢量调制(SVM)[9],但是由于它的简单,快速响应和多电平逆变器的适用性,本文使用变频调速控制逆变器开关。提出了多电平逆变器拓扑有7个水平与9有关电力开关的数量。此外,许多多电平逆变器的应用程序集中在工业中压电动机驱动器,实用接口,用于可再生能源系统、灵活交流输电系统(事实)和牵引驱动系统。这一特点使这种拓扑模块性好。 |
传统的级联多电平逆变器 |
| 传统的级联多电平逆变器是家庭中最重要的一个拓扑的多层次、逆变器倍数。几个级别的级联拓扑结构允许使用直流电压合成所需的交流电压。它需要最少的组件相比,diode-clamped和飞行电容器类型多级逆变器和不需要特别设计的变压器相比多脉冲逆变器。级联多电平逆变器由一个数量的h桥逆变器单独直流源的单位,每个单位和它连接在级联或系列。图1显示了一个7级逆变器有三个H-bridges串联连接。它需要12个IGBT开关。伏打照片(PV)数组用作一个源,另一个两个来源是直流源。光伏阵列可以用于生产直流电压在电力直接来自太阳的光。为了获得所需的电压从光伏阵列开关的占空比调整通过控制门脉冲开关。 |
| 在这个逆变器的直流源相同的电压等于vdc,因此电压水平的数量由eqn表示。(1)。 |
 (1) |
| “n”是独立的直流源的数量和nlevel是输出电压的数量水平。 |
提出了新颖的7级逆变器使用光伏电池 |
| 的框图,提出了新型级联七个级别使用光伏逆变器单元如图。2。它由三个串联的来源,一个是光伏电池和其他两个直流电压500 v的来源。提出的逆变器使用九igbt控制选通脉冲。变频调速技术是用于控制逆变器开关。提出了逆变器连接到单相异步电动机对逆变器的性能进行评估。通过使用这个提议减少逆变器负载侧谐波内容而七个级别的级联逆变器。提出了7级逆变器产生7级了通过1500 v电压波形,1000 v, 750 v, 0 v, -750 v, -1000 v、-1500 v。 |
| 光伏电池模型 |
| 光伏发电作为可再生来源变得越来越重要,因为它提供了许多优点,如发生没有燃料成本,没有被污染,需要维护和排放没有噪音。但是,这些模块由于其非线性和相对较低的转换效率随温度而变的电压和电压功率特征[10]。光伏发电的发电机和电网中注入正在获得越来越多的能见度在光伏领域的应用。这主要是因为全球电力需求的不断增加。从光太阳能电池产生的直流电,这可用于电力设备或充电电池。可以使用光伏阵列为独立的应用程序或电网连接。的第一个实际应用光伏电力轨道卫星和其他航天器和袖珍计算器,但今天大多数的光伏模块用于网格连接发电。电网连接光伏能量转换系统是直流-直流变换器和逆变器组成。直流-直流转换器控制跟踪光伏阵列的最大功率点和逆变器产生控制电压以这样一种方式,栅极电流总谐波失真(THD)较低,与电网电压同相。为了找到权力的极大值点在光伏模块GSS算法由于其快速响应,强劲的性能和保证收敛。 |
| 1)GSS算法 |
| 翻译最大功率点跟踪(MPPT)通常是一个maxima-finding过程。找到一个最大的程序GSS技术是图3所示。目标是找到f (x)的最大功能值输入间隔内(x1, x2)。 |
| 下面的搜索步骤可以被描述为 |
| 1。最初,f的值(x1)、(x2)和f (x3)是已知的。因为f (x3)大于(x1)和f (x2)的最大必须躺在部分(x1, x2)。 |
| 2。f的值(x4)在一个新的点x4正在评估。 |
| 3所示。如果f (x4) > f (x3),部分内的最大值点的谎言(x3 x2)。然后插入新的点x4和x1是丢弃的创建一个新的窄搜索部分(x3 x2)仍三个已知点x3, x4和x2。 |
| 4所示。如果f (x4) < f (x3),部分内的最大值点的谎言(x1, x4)。新的点x4仍插入,但x2丢弃创建另一个新的窄搜索部分(x1, x4),另一组三个已知点x1, x3和x4。 |
| 。重复这些步骤通过对一定数量的2到4倍,或者直到搜索部分足够小,以确保新插入点可以被认为是最大的点。显然,对于每个迭代步骤有两个可能的搜索部分(x3, x2)和(x1, x4)在图3。只有其中一个会被选中成为下一个搜索部分。要求两种可能的部分也同样广泛。否则,收敛速度将放缓时更广泛的部分被更频繁地在一些更糟糕的情况。因此,新的点x4的选择必须满足的要求:宽度(x1, x4) = (x3, x2)的宽度,这是(a + b) = (b + c)在图3中。因此,它成为可能,所有迭代的搜索部分可以有相同的比例三个点之间的间距,以恒定的速度,算法收敛。 |
 (2) |
| 解决(2)产生: |
 (3) |
| 其中ø是黄金比例。这就是为什么叫做GSS搜索策略。 |
| 2)电源调节单元 |
| 功率调节系统提供稳压直流或交流电源适合应用程序。它是一个光伏系统的主要组成部分。光伏的输出是一个不受监管的直流电压,它需要的是非常有用的。电力调节器节将原始力量转化为可用的不同的应用程序。电源调节单元也控制电力谐波的频率和维护一个可接受的水平。护发素的目的是适应光伏的电流来满足电力需求的应用程序。一般的配置系统将PV,后跟一个提高变频器的逆变器。一般来说,提高阶段的负载是一个过滤器和逆变器系统。PV的提高转换器将运行在电压控制模式。boost变换器是适合接口与光伏系统逆变器系统。 |
| 基于负载条件下,提高阶段可以吩咐画一个特定数量的电流从PV脉动频率,定义良好的电感的大小,和责任比例。同样,变频器用于光伏系统的接口提供的负载加载与适当的电压/电流频率相位和大小,逆变器的输入来自boost变换器阶段和逆变器的负载(过滤器)成为提高转换器。护发素也可以用于电网连接的光伏系统。电发电系统,利用光伏发电的主要来源和目的是同步操作,并与电力网络并行短光伏系统 |
| 3)直流-直流转换器控制回路 |
| 直流/直流转换器控制回路如图5。光伏系统的输出电压系列的堆栈是不受控制的直流电压波动与温度和辐照度。这些原始电压,不受监管和控制,监管的平均价值的帮助下的直流/直流转换器。控制电压因此获得美联储的DC / AC逆变器后过滤。获得的力量从这个逆变器添加到网格中。该系统可以作为一个独立的直流/直流转换器后阶段后如果需要直流电源或直流/交流阶段如果需要交流电源。 |
| 这个不受监管的电压必须调整常数平均值(调节直流电压)通过调整责任比所需的值。电压的提高取决于责任比例。提高转换器的责任比例调整的帮助下一个PI控制器。的占空比设置在一个特定的值转换器提供期望的输出电压的平均值,PV和任何波动。PI控制器改变负载比正确地得到所需的平均值。变频器的负载比美联储改变通过改变脉冲开关的直流/直流转换器电路PWM发生器。 |
| 4)DC / AC逆变器控制回路 |
| 逆变器产生的直流电力设备改变光伏成交流电能。实用程序交互使用逆变器系统连接到一个实用电源线。逆变器生产ac电力在同步线,和可接受的质量实现公用事业公司一旦控制策略。逆变器的输出电压(即负载电压)会将每次与裁判的电压。输出电压的变化(由于负载变化)和电网电压作为输入PI控制器和PI控制器的输出的PWM发生器,这发电机将产生六脉冲。这些脉冲将得到逆变器的开关,改变逆变器的负载比。由于这种变化负载比期间保持输出电压恒定加载条件。 |
| B)变频调速技术 |
| 几种不同的两级多级舰载PWM技术扩展了先前作者作为控制手段活跃设备多级转换器。最受欢迎和最简单的技术来实现使用几个三角载波信号和一个参考,每阶段或调制信号。有三个主要舰载技术用于传统逆变器可以应用于多电平逆变器即正弦脉宽调制(SPWM),三次谐波注入PWM (THPWM)和空间矢量脉宽调制(SVPWM) [11]。变频调速在工业应用中是一个非常受欢迎的方法。PWM技术广泛用于消除有害的低阶谐波变频器。在变频调速控制,逆变器开关开启和关闭几次在半周期和输出电压是由不同的脉冲宽度。它是最被广泛接受的调制技术在参考信号是正弦信号峰峰振幅,频率和调频,及其零集中在中间载体设置如图6所示,它是与(m - 1)载波信号相比,在“m”的数量水平具有相同振幅相同的频率fc和Ac。如果参考大于“s”载波信号,那么相对应的激活装置载体是关闭然后参考小于载波信号的载体是相对应的开关装置。变频调速技术的特点是恒幅脉冲为每个时期不同的工作周期。脉冲的宽度调制获得逆变器输出电压控制和减少其谐波含量[12]。在多级逆变器,振幅调制指数“马”和频率比率被定义为“曼氏金融” |
 (4) |
 (5) |
结果与讨论 |
| 提出了级联多电平逆变器的性能通过使用MATLAB / SIMULINK仿真和验证结果。 |
| 一)传统逆变器级联七水平的结果 |
| 图7显示了输出电压波形的常规逆变器级联七水平和图8显示了输出电压的谐波谱图。观察到PWM技术应用工作圆满生产7个水平的输出电压和电压源是26.42%。从FFT分析可以推断,当层数增加,谐波含量和总谐波失真减少。 |
| B)的结果提出七个级别的多电平逆变器 |
| 输出电压波形的小说九开关逆变器是图9所示,有七个水平导致较小的谐波。这意味着该变频调速运行良好生产所需开关逆变器的开关信号。(THD的输出电压从26.425减少到6.99%的提议9开关逆变器通过FFT分析Fig.10所示所示。 |
结论 |
| 在这个项目中传统的七个级别的级联h桥多电平逆变器与光伏电池,使用MATLAB / SIMULINK仿真作为一个直流源和它的性能在减少拉力测量进行了分析。然后提出七个级别多电平逆变器光伏电池作为一个直流源使用MATLAB仿真和结果分析。通过使用这种多电平逆变器谐波含量减少,相比传统的逆变器级联七个级别。可以看出提出7级逆变器的输出电压接近正弦波形式与传统多电平逆变器相比。它也可以观察到电压波形的质量增加而增加的电压水平。还变频调速技术控制逆变器输出波形产生7个水平。这本小说拓扑的主要优势是,开关设备的数量需要减少33%导致更少的成本,减少损失和容易控制除了减少谐波。 |
数据乍一看 |
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| 图1 |
图2 |
图3 |
图4 |
图5 |
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| 图6 |
图7 |
图8 |
图9 |
图10 |
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引用 |
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