关键字 |
| 分布式发电，直流-交流电源转换，并网变换器，单相系统，多级变换器。 |
介绍 |
| 在谐波失真含量、功率因数、直流分量等方面，并网电源变换器的输出电流必须符合供电公司的要求。多级变流器的研究和开发已经有三十多年的历史，并已取得了成功的工业应用。然而，这仍然是一项正在开发中的技术，在过去几年中已经报道了许多新的贡献和新的商业拓扑。本文的目的是对这些最近的贡献进行分组和回顾，以建立当前的技术现状和趋势，为读者提供关于多级转换器技术的立场和发展方向的全面和深刻的回顾。本文首先简要概述了成熟的多层转换器，强烈面向其在工业应用中的当前状态，然后集中讨论已经进入工业[2]的新型转换器。最近，为了减小体积和重量，研究了采用高频变压器代替线频变压器的变换器拓扑结构。对于这些架构来说，在高效率和低成本之间进行权衡是一项艰巨的任务，因为它们需要多个功率级。另一方面，在低功耗应用中，国际标准允许在没有任何电隔离的情况下使用并网电源转换器，从而实现所谓的无变压器架构。本文涉及单相变换器的多电平拓扑的使用，但为了与实际实现保持联系，以应用于全桥拓扑的单极PWM作为参考。值得注意的是，在本文中，术语单极PWM是指三电平输出电压，其第一个开关谐波位于开关频率[3]的两倍。 The unipolar PWM is always applied to a full-bridge structure. |
电路拓扑结构 |
| 多电平变换器目前被广泛采用，其基本思想是直流链路电压可以在不同的电容器之间分割，这些电容器可以提供参考电位和直流链路电压之间的中间电压电平。有许多关于五级单相拓扑的解决方案，但考虑到所提出的系统的优点。详细介绍了其工作原理和所提出的PWM控制。 |
A.提出五级单相解决方案 |
| 所提出的转换器如图2.1所示。这种转换器架构被称为H6桥，最初是与合适的PWM策略相结合开发的，以便在光伏应用的无变压器逆变器的情况下保持输出共模电压恒定。 |
| 本文利用这种变换器结构，得到了一种单相应用的五级并网变换器。在稳态条件下，由于输出滤波器的电感Lf上有很低的电压降，变换器的输出电压有一个基本分量非常接近电网电压。这两个电压的频率是相同的，而振幅和相位移只是略有不同。因此，功率变换器的调制指数m的形状与电网电压波形非常相似[5,6,7]。 |
| 转换器的输出电压可以写成Vout = mVdc。根据调制指标值的不同，功率转换器将由不同的PWM策略驱动。事实上，可以确定图2.2所示的四个操作区。 |
| 对于每个区域，功率变换器的输出电压等级将是不同的，如表一所示。 |
所提出的转换器模型的运行区域 |
| 所提出的解决方案的原理操作显示了整个时期的电网电压，即调制指数。在正半周期内，晶体管T1和T4为ON, T2和T3为OFF。区域1中T5为OFF, T6为ON;区域2中T5为OFF, T6为ON。在负半周期内，全桥改变配置，T1和T4 OFF, T2和T3 ON。与1区和2区相似，3区T5换向而T6为OFF, 4区T5换向而ON和T6为OFF。 |
| 完成一个循环的栅极信号如图3.1所示。区域1和区域2正半周期电流路径方向分别如图3.2和3.3所示。在整个PWM周期内处于ON状态的被控制电源开关用实线代替，而在整个PWM周期内处于OFF状态的器件分别不在图3.1中显示。 |
| 在1区，晶体管T6的开关改变了输出值，+VMP由低侧电容提供，如图3.1所示，在自由轮阶段，二极管D1和D2都是ON的，在全桥输出处施加一个几乎为零的电压，如图3.3所示，每个死区时间约为3到5μs。 |
| 在区域2中，T6是ON的，T5的开关使输出电压从+Vdc变为+VMP，如图3.2所示。在区域3和区域4的负半周期分别遵循类似的程序。 |
| 必须注意到，每个区域只有一个晶体管在开关。此外，每个功率开关的反平行二极管不使用，允许所有晶体管使用mosfet |
所提出电路的仿真模型设计 |
| 并网逆变器的设计还可以在公用电网出现故障时快速断开与电网的连接。这是NEC的一项要求，确保在停电的情况下，并网逆变器将关闭，以防止它传递的能量伤害到任何被派去修复电网的线路工人。如果配置得当，并网逆变器可以使房主使用太阳能或风能等替代发电系统，而无需大量重新布线和电池。如果生产的替代电力不足，赤字将来自电网。拟变换器并网仿真设计如图4.1所示。给出了一种具有单极脉宽调制门信号产生的闭环系统。 |
| 所提出的系统的主要优点是根据有功功率的需求平衡分裂电容电压，就像可用电量检查的需求对供应。 |
| 图4.2是采用单极性脉宽调制方式产生的门脉，即参考波与10 kHz频率载波脉冲的对比。 |
| 本文提出的基于全桥变换器的五电平变换器，在Simulink模型中得到的直流链路中点加两个功率开关和两个二极管，输出电压峰值为±400伏，输出波形如图4.3所示。 |
| 图4.4描述了幅值为10 A的变换器电网注入电流。波形的形状几乎是谐波自由正弦 |
| 对仿真的THD分析也进行了比较，如图4.5所示。通过FFT分析得到的5个信号在电网电流中的总谐波失真为4.72% |
应用程序 |
| 1.功率调节。 |
| 2.电机驱动器。 |
| 3.UPS。 |
优势 |
| 1.减少谐波。 |
| 2.更少的EMI。 |
| 3.更小更便宜的过滤器。 |
| 4.降低开关电源损耗。 |
| 5.功率因数改进 |
结论 |
| 本文提出了一种用于单相并网变换器的五级全桥MC。转换器拓扑使用直流链路的中点电压提供两个以上的输出电压电平，减少开关功率损耗和EMI。为了获得最少的换相数以使效率最大化，采用了PWM策略。仿真结果表明，所提出的转换器体系结构的可行性和MVC补偿系统不对称的能力。实验结果表明，该方法在THD方面的有效性仅为4.7%左右。 |
未来的范围 |
| 该系统可以发展到更高的水平，进一步降低失真。因为这个项目本身的结构意味着它可以是非常简单和高效的。太阳能发电厂是太阳能发电的新趋势。在未来的设计中，这种设计可能更有助于逆变电源和直接馈入电网。 |
数字一览 |
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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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参考文献 |
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