相移调制一个直流源级联h桥多电平逆变器的电容电压调整平等的功率分布

K.Srilatha¹,教授V。Bugga饶²

M。理工大学的学生,EEE, Jyothishmathi科技研究所JNTU海德拉巴,Karimnagar Telangana、印度
部门主管副校长EEE, Jyothishmathi科技研究所JNTU海德拉巴,Karimnagar Telangana、印度

文摘

本文提出了一种新的控制技术在级联多电平逆变器调节电容器电压。无需变压器,这里提出的方案允许使用一个直流电源剩下的n−1直流源电容,可以实现一个有效的谐波消除作用而生成理想的输出电压。本文主要是为了实现一个有效的电容器电压调节,以及功率因数的影响与相移调制电容电压调节。本文的主要优点是消除谐波,由于其大量的高质量的输出功率输出水平。它表明希望降低电容器的电压纹波,从而导致更高的能量转换效率与平等的权力分布,降低了初始成本,为工业应用和复杂性,因此它是恰当的。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、电容器电压调节移相调制、功率因数、功率分布。

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由于各种优势,如降低共模电压,降低功率开关电压应力,降低dv / dt供应比例降低输出电压和电流的谐波含量。比较在同一功率等级两级逆变器拓扑,信息学硕士学历也有优势,相间电压提供给负载的谐波成分减少由于其开关频率。级联h桥多级转换器已应用于高功率和高质量的应用,如静态乏一代,有源滤波器,无功功率补偿器,光伏发电转换,不间断电源,磁共振成像。此外,一个日益增长的多层次申请电力电子转换器是电动车辆的牵引电动机是由电池驱动的。

一个级联h桥多电平逆变器由几种h桥连接在一系列细胞形成一个阶段的转换器。每个h桥单元生成一个三级输出电压,需要一个独立的直流电压源。多相转换器几级联H-bridges使用和每级联h桥变换器的一条腿。如果每个阶段包括更多的h桥单元和每个h桥单元提供一个独立的电压源,这是有可能的,然而取代所有的电容器直流电压源,但其中的一个。在这种情况下,只有一个的每个阶段所需的直流电压源变换器。这个改变转换器的成本减少因为数量少的孤立的直流电压源特别是当使用直流源提供通过ac / dc整流器。

然而更换电容器的电压必须调节到一定电压为了获得所需的输出电压的电压电平转换器。在这种情况下,可以使用不同的调制技术,因此,每个细胞的转换器可以有不同的开关频率。例如,在两个细胞转换器,一个h桥细胞可以切换的基本开关频率(每循环一打开和关闭开关),而另一个可以用脉冲宽度调制(PWM)开关切换方案,在更高的频率。这样做有助于降低切换损失,特别是当,电压源和评级的细胞是不平等的。

电容器电压调整

提出了h桥级联多电平逆变器的拓扑结构,取而代之的是电容器直流源。更换电容必须调节到一定电压为了所需的输出电压的电压电平转换器。然而,电力系统操作和调制方案在一起有不同的影响在每个电容器,以便他们不均匀导致不同的充放电电压在每个阶段每条腿。为了实现高质量的输出电压波形,在所有DC电容器电压应保持一个恒定值。

级联多电平逆变器的一个具有挑战性的问题用一个直流源DC电容器电压的不平衡。不平衡引起的:

1)针对不同H-bridges不同开关模式。

2)参数变化的主动和被动H-bridges内部组件。

3)控制解决方案。

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。

1)对电压质量的影响应该尽可能小。

2)它可以平衡H-bridges有参数变化的电压,当组件。

3)它可以平衡电压当H-bridges切换不同开关模式。

在前面的拓扑结构,电容电压平衡,冗余状态选择(RSS)是一种有效的工具在DC电容器电压平衡。在这种方法中电容器平衡是通过使用适当的电容器在每个级别为了得到所需的级别由变频调速。在每个水平如果当前阶段的方向倾向于充电电容器最不带电的应该用于维护所需的水平,如果当前方向倾向于放电电容器最带电电容器发挥作用。然而,逆变器的输出电流和冗余切换状态的时间大大影响更换电容的充电或放电模式[3],[6]。

电容器电压调节使用相移调制

提出了一种控制方法适用于单直流源级联H桥多电平逆变器,提高电容器电压调节。相移调制,该方法是健壮的,不产生很大的计算负担。在这种方法中,主逆变器开关的基本频率,和辅助逆变器的PWM开关频率。

调节辅助h桥单元中的电容电压是一个具有挑战性的任务。在这里的方法,电容器电压调节是通过调整有功功率,主要的H桥细胞注入到系统。主要通过改变电压波形产生的h桥单元到左边或者右边,可以注入更多(或更少)有功功率,可用于电荷(或流量)的电容器辅助细胞。

主要的h桥单元,由直流电压,生成一个矩形波形(v1)的频率等于所需的输出电压。此外,这个矩形波形的宽度选择这样的振幅基本所需的输出电压的谐波也等于。换句话说

其中α是导通角的主要h桥单元

相移调制的级联多电平逆变器,真正的功率流电容电压平衡通过调整阶段的波形,我们可以观察到的波形:

图2相移的影响在v1电源提供的辅助细胞。(一)不相移。(b)向右移。(c)左移。

电容器电压调节的操作使用相移调制显然是解释为表:1所示。从表中,当电容器充电时,生成的有功功率的主要细胞将大于权力转移到负载和剩余的权力使用辅助细胞的电容器充电。

当电容器放电时,主要细胞不会提供足够的电力。因此,电容器在辅助细胞将出院。当没有移相,期间的平均功率谐波发送周期是零,因此不能导致细胞的输出功率。因此,通过控制Δα我们可以充电或放电电容调节其电压所需的值。通过使用这种方法,电容器为纯电阻负载电压调整是不可能的。因为电阻负载,θ是零,p2总是正的不管Δα的价值。因此,通过改变Δα充电电容是不可能的。假设在这个提议,负载由一个电阻串联电感。

LOAD-POWERFACTOR对电容器电压调节的影响

为了研究电容器电压调节可变电感负载,使用范围广泛的功率因数的变化。为此一个常数电感值为0.1 H与可变电阻来获取不同的功率因素。使用模拟方法,为每个单独的功率因数调节电容器的值是检查整个范围的调制指数(m)和最大调制指数为每个记录功率因数。结果中描述Figure.3根据这个图,电容器电压调节是可能的每一个调制指数曲线和功率因数。当负载更多的归纳(低功率因数);监管区域几乎会扩展到整个地区。然而大多数负载的功率因数0.7以上的电容器电压调节地区面临的局限性。

通过上面的分析,这种方法可以有效地实现平等的功率分布,同时保持平等的充电和放电周期使用相移调制。

实验结果

Matlab仿真和实验来验证该方法。实验结果表明,该方法可以有效地消除特定的谐波,输出电压波形较低总谐波失真(THD)。给出了输出电压的频谱图5。

使用相移调制、频谱显示,它只包含基本组件,和其余的谐波抑制。它还意味着在电容器的电压波纹减少导致平等配电,同时保持有效电容电压调节。

结论

一个single-dc-source级联h桥多级转换器进行了分析。新的控制方法,相移调制,是用来调节电容器的电压代替独立直流源的辅助Hbridge细胞。主要的h桥单元操作的基本频率,而辅助细胞在PWM频率运行。该方法提供了一个有效的监管时电容电压逆变器的负载电感的影响,归纳分析了负载功率因数。实验结果表明了该方法的有效性的调节辅助h桥单元中的电容和降低电容器的电压纹波,从而导致更高的能量转换效率与平等的权力分布,降低了初始成本,为工业应用和复杂性,因此它是恰当的。

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