级联h桥多电平逆变器与一个新的选择性谐波减排技术以满足网格编码下不相等的直流环节电压和电能质量的提高

B.Rajashekar¹,T。Praveen库马尔²,R.Ramesh³

M。理工大学的学生,EEE, Jyothishmathi科技研究所JNTU海德拉巴,Karimnagar Telangana、印度
副教授,EEE, Jyothishmathi科技研究所JNTU海得拉巴。建邦者Karimnagar,纳,印度
副教授,EEE部门负责人Jyothishmathi技术科学研究所,JNTU海得拉巴。建邦者Karimnagar,纳,印度

文摘

本文提出了一种新的控制技术,以满足网格码级联多电平逆变器。摘要新的选择性谐波缓解(SHM-PWM)技术来产生波形较低开关频率的前提下波形质量,这是能够满足网格编码即使在非直流环节电压相等。本文通过维持电压平衡和降低总谐波失真可以实现电能质量的提高与不平等的直流源。本文还着重于个体细胞的方法来提高电能质量导致更高的能量转换效率与平等的权力分布。这减少了初始成本和复杂性,因此它是适用于工业应用。使用MATLAB软件仿真工作完成和实验结果来验证这个理论。

关键字

级联多电平逆变器,单孔位微吹气扰动技术、网格编码,电压平衡、电能质量的提高。

介绍

近年来,多电平逆变器的应用领域获得了关注中等电压和高功率。多级转换器利用几种直流电压合成所需的交流电压。出于这个原因,多级转换器可以减少(dv / dt)征服马达故障问题和EMI问题。多级转换器也已成为解决方案来处理更高的电压水平。多级转换器包括一系列电力半导体和电容电压源,产生输出电压波形。的换向开关允许电容器的电压,达到高电压的输出,功率半导体必须只承受电压降低。多电平逆变器电压步骤可能不是相同的。级联多电平逆变器的直流源可用电池、光伏阵列,燃料电池,整流器…等。在基于级联多电平逆变器的光伏系统中,操作标准光伏电池的直流电压范围从15到35 V。基于级联多电平逆变器的能量存储系统的电池,电池的电压也发生了变化,由于它们的状态。 The varying voltages of DC sources result in varying voltage steps in the multilevel output waveform. The varying voltage steps (varying DC source voltages) bring challenges to the algorithms in determining switching angles. Not only switching angles, but also the variations of voltage steps, will determine the harmonic distortion of output voltages.

低阶谐波的消除是一个重要的问题在许多应用程序中。当高转换效率是至关重要的,它是可取的保持开关频率低得多。控制输出电压和谐波消除不受欢迎的多层次与平等的直流电压转换器,各种调制方法如正弦脉宽调制(PWM)和空间矢量脉宽调制技术建议[3],[6]。然而,PWM技术不能完全消除低次谐波。另一种方法是选择转换角度,这样特定的高阶谐波等5日,7日,11日和13日在逆变器的输出电压抑制。这种方法被称为选择性谐波消除(她)方法。高功率转换器构建使用高压和大电流额定半导体。这些设备的交换意味着每个周期导致大量的能量非常低的开关频率,以避免高半导体温度上升。结果高变频器产生的谐波失真。网格编码需求指定的最大承认谐波失真。 The well known Selective Harmonic Elimination Pulse Width Modulation (SHEPWM) technique has proved to be useful in eliminating some of the undesired harmonics without increasing the switching frequency, leaving the rest of them free. The solution to the rest of harmonics is to add bulky and expensive filters. Pulse Width Modulation (SHMPWM) has been introduced. The aim of this technique is to mitigate the amplitude of the undesirable harmonics, to acceptable values to meet the grid code, considering a larger number of harmonics.

二世。选择性谐波减排技术以满足网格编码

提出的拓扑结构的h桥级联多电平逆变器的直流源如下图1所示,在弗吉尼亚州的直流电压上细胞和VB代表电压较低的细胞。然而,这种增加电压水平达到成本降低转换器结构的模块化。通过使用15转换角度,提出SHMPWM技术实现切换模式,满足应用网格编码调制指数1.19;因此,庞大的电网连接调谐滤波器是可以避免的。

如果使用了不同的直流电压,是在非对称慢性乙肝转换器,可以增加的数量水平。例如,使用两个细胞,9水平可能实现输出波形。拟议的技术叫SHMPWM因为方法的质量大大提高,谐波含量减少到可以接受的水平。本文只对三级转换器。单孔位微吹气扰动技术的原则3级转换器作为傅里叶分析可以用来研究一个典型threelevel波形与k开关角αi (i = 0,。k−1)(图2)。每一个谐波的振幅可以使用以下表达式,获得Hj j谐波的振幅:

这个表达式可以用来设置一个特定的值为每个谐波振幅使用开关角自由度。众所周知SHE-PWM技术是基于这一理论,即。,the switching angles are used to set the amplitude of the fundamental harmonic and cancel a set of specific harmonics. The modulation index is defined as the relationship between the dc link voltage of the converter and the amplitude of the generated fundamental component is given as Ma = H1 π/4Vdc. Considering the half- wave symmetry in the waveform, even harmonics have zero amplitude so the chosen harmonic orders would be 3, 5, 7, . .and up to k − 1 harmonics can be cancelled using k switching angles. In balanced three-phase topologies without a neutral connection, the triplen harmonics are also canceled, and so it is possible to eliminate a very high number of the low-order harmonics with a low switching frequency.

SHM-PWM技术并不完全取消谐波,相反,他们只需要降低的水平,他们可以被认为是可接受范围的网格编码。gridconnected逆变器的最大谐波内容可以从指定的限制获得实际的网格编码(Lj代表j谐波的限制)。SHM-PWM技术可以使用一个系统制定的不平等可以安排成一个目标函数是最小化使用优化方法;

的额外的灵活性SHM-PWM原则可用于不同的目的,例如减少THD,考虑更多的谐波使用相同数量的开关角,或延长的调制指数范围相同的一组有效的解决方案。通过这种方式,能够避免一些谐波的消除,但高质量的输出信号。这种方法引出了网格应用代码和切换模式作为一个非线性优化问题在一个连续的空间。解决这些非线性方程组仍然很费时。这种调制的一个有吸引力的点是可以定制的基于网格代码。在上面的分析选择性谐波减排技术是非常有效的满足网格编码,通过选择合适的开关角度。

三世。电能质量的提高

在许多应用程序中,需要在所有的细胞之间共享功率流同样为了避免过热的一些特定的开关设备,因此扩展的生命周期的所有元素的转换器。分歧的直流环节电压所需的值将在转换器的操作产生影响。这样的操作可能会有不良的影响变换器的输出电压波形。这是特别的情况下前计算调制策略如SHEPWM或SHM-PWM作为假设下的角度可能是派生的直流环节电压平衡。在高功率应用中,级联多电平逆变器的直流源的负载,如电感负载导致积极的快速、大幅波动和无功功率与谐波失真和相位失衡。这种波动负荷会导致快速非周期性电压变化明显的电压畸变。快速行动的使用电力电子转换器和快速高效的调制技术可以提供精确的和灵活的控制来减轻干扰,提高电能质量。评估的有效性与不平等的多电平逆变器直流源,改善电能质量和控制性能的影响取决于以下因素:a .电压平衡b总谐波失真(THD)答:电压平衡电容电压平衡是很重要的成功实现电能质量的提高。电容电压平衡的挑战包括,实现转换器的输出电压较低,维护平等的压力转换器半导体开关和成功消除不必要的低阶谐波。一个具有挑战性的问题与不平等的级联多电平逆变器直流源dc电容器电压的不平衡。 The imbalance is caused by: 1) Different switching patterns for different H-bridges. 2) Parameter variations of active and passive components inside H-bridges. 3) Control resolution.

为了实现更高的电压质量,转换为不同H-bridges模式通常是不同的阶段。切换模式的差异意味着H-bridges不能同样与电力系统共享交换权力。这将导致不均匀的DC电容器充电。组件的参数变化不同的功率损耗H-bridges固有的原因。

DC电容器电压的不平衡会降低输出电压的质量。在严重的情况下,这可能会导致电力转换系统的彻底崩溃。此外,它会导致过度跨设备和不平衡电压切换损失。一个适当的控制策略,以避免失衡的DC电容器电压必须符合以下要求。

2)它可以平衡H-bridges有参数变化的电压,当组件。

b .总谐波失真

正如我们已经讨论的总谐波失真在上面的分析使用选择性谐波缓解技术。有很多控制方法来实现低总谐波失真但在这提出了拓扑显示了更好的谐波谱的实验结果图4所示,显示了较低的总谐波失真,使电能质量改善和因此转换器的效率就越高。

四、实验结果

提出拓扑,SHMPWM技术,使一些特定的谐波低于安全水平以满足网格编码,而不是使他们成为零和SHEPWM,因此,可以实现网格编码开关频率较低。使用3个手机每单元拓扑和三个角,可以设置振幅的基本组件和控制六个不良的谐波分量。

通过使用15转换角度,提出SHMPWM技术实现切换模式,满足应用网格编码调制指数1.19;因此,庞大的电网连接调谐滤波器是可以避免的。

总谐波失真波形分析了级联多电平逆变器使用选择性谐波缓解在下面的波形显示相应的谐波失真水平与基本波形。实验结果我上面所示图4,使用SHMPWM技术,所有的谐波都考虑,仍在网格代码具体的限制和相同的发生总谐波失真,甚至考虑谐波第49位。然而,SHEPWM技术,预先计算的数据使几乎为零谐波除了谐波47第49位,左完全不受控制的网格生成值远远超过限制的代码。

诉的结论

本文提出一种选择性谐波缓解控制方法级联H-bridges多级转换器与不平等的直流源。这种方法比早期提出的方法有较低的开关频率。拟议中的SHMPWM技术适应高效的行为在新场景中,在高质量要求的电力公用事业和网格编码必须实现。官所有的谐波和被认为是一个全球性问题优化行为的完整的系统,满足特定的和实际网格编码。通过使用转换角度,提出SHMPWM技术实现切换模式,满足应用网格编码调制指数1.19;因此,庞大的电网连接调谐滤波器是可以避免的。和电压平衡和降低总谐波失真可以实现电能质量的提高与不平等的直流源。实验验证,该方法可以消除指定谐波。

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