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太阳能多级逆变器–低调制指数进行分析

M。Kanagarasu, S。Nageswari, Jebasalma
  1. PG学者、电气与电子工程系AlagappaChettiar工程与技术学院Karaikudi Tamilnadu、印度
  2. 电气与电子工程系助理教授,AlagappaChettiar工程与技术学院。Karaikudi Tamilnadu,印度
  3. 电气与电子工程系教授,AlagappaChettiar工程与技术学院。、Karaikudi Tamilnadu。印度
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文摘

拟分析性能的太阳能多级中性点夹(NPC)逆变器在低调制指数区域使用基于载波脉冲宽度调制(PWM)。太阳能电池板作为可变直流电压源逆变器的输入。使用基于先进的载体的偶极PWM技术是用来增加数量的输出电压水平,降低飞低调制指数。使用MATLAB / SIMULINK仿真和测量结果说明本文所提出的PWM的优点。

索引词
NPC逆变器,单相PWM和偶极PWM、低调制指数。

介绍
近年来,可再生能源资源的使用化石燃料而不是污染物和其他形式增加了。伏打照片(PV)一代作为可再生资源变得越来越重要,因为它不会引起燃料成本、污染、维护、和发射噪声相对于其他替代品用于电力应用程序。高等电力设备的需要更高的电压,这限制了最大直流电压水平。因此一个新的家庭的多级逆变器已成为太阳能应用的解决方案,随着光伏阵列直接连接到每个级别的直流环节多级电力转换技术是一个非常快速增长的电力电子领域进一步发展的潜力。最具吸引力的应用这一技术在中-高压范围2 - 13 (kV),包括马达驱动器、配电、电能质量和电力空调的应用。
多级逆变器被用于高压和大功率工业应用[1]。在高功率驱动的应用程序中,它是麻烦的直接连接只有一个功率半导体开关。因此,引入了多级结构作为替代高功率和中压情况。最受欢迎的拓扑用于中压应用程序是三个级别二极管夹转换器也称为中性点夹(NPC)变换器拓扑[2]。由于串行电源开关连接的设备,设备电压应力降低。这种拓扑生成多层次线电压输入电压谐波减少。
一般来说,使用三个级别NPC逆变器的工业应用具有以下优势
电流和电压波形的畸变可以有效地减少,因为增加的水平的输出电压脉冲列车。
开关装置与一个IGBT等相对较低的闭锁电压可用于主电路,因为开关装置电压可以减少大约一半的两级逆变器。
这种拓扑需要高速钳位二极管,必须能够携带满载和受到严重的反向恢复压力。虽然可以应用措施来缓解这个问题,这仍然是一个严重的考虑。
低损失在逆变器的主电路可以预期,因为开关装置电压下降

低调制指数的问题
脉冲宽度调制(PWM)策略所需的开关设备的适当VSI生成可变电压,变频。典型PWM技术官很低的期望特性,低开关损耗,更少的计算和简单的实现。然而在低调制指数地区PWM逆变器输出产生不良影响,如降低输出线电压水平,增加拉力和不可控性。
在这个工作,两个调制方案,诸如基于载波单相PWM和载体偶极PWM进行了分析。适当的谐波性能比较PWM方法进行。这项工作主要考虑利用所有的逆变器输出电压和减少在低调制指数(THD地区。

脉宽调制技术
有几个PWM方法用于控制逆变器的输出电压。

答:单极脉冲宽度调制(PWM)
在单极模式中,使用两个正弦信号的一个载体。正弦信号从0开始的位置称为积极的信号(Vap)和另一个始于一个叫负面信号(Van)。Vap比较的信号和载波信号提供脉冲开关S1在阶段一条腿并给出互补脉冲在thesameleg开关S3,货车的比较信号和载波信号生成脉冲开关S2 NPC逆变器如图6和反向脉冲开关S4。
三级单相PWM的一般示意图所示的Figure.1吩咐电压V∗k (k = a, b, c),两个辅助命令V * kpand V * knare派生。
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在单极调制模式下,每个著只有一个电容器连接到输出的基本频率。这种调制方式是首选在高输出频率。

B。偶极脉冲宽度调制(PWM)
偶极单个三角载波PWM方法使用,和两个正弦调制信号如图3偶极PWM是由单一正弦信号的分裂成两个。这种分割实现打破每个之间的变换外水平+ Vd / 2和Vd / 2,通过迫使通过PWM波形中间零水平。零电位脉冲的宽度对应于时间而承运人之间由两个调制波。
调制指数(ma)和频率比为单相PWM方法(mf)定义。之间的距离计算调制波参数H是被定义为使用比率之间的垂直距离最小的积极正弦参考信号(Vap)和最大的负面正弦参考信号(Van)载波的振幅。在H = ma,偶极调制双相类似。
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提出了系统

提出了系统的框图
太阳能板有一个太阳能电池,太阳能电池是一种半导体设备,吸收光的辐射并将它转换成电能,电能的来源是多电平逆变器的输入。全国人大拓扑生成的能力更好的输出性能的谐波量促使多电平拓扑结构的发展更多的电压水平使用夹紧间歇水平的相似原理和二极管。这样的多层结构称为“二极管夹多级逆变器”。如图5,
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Am-level二极管夹逆变器要求(m - 1)串联电容在直流环节,其中每个电容器被指控同等潜力。直流母线电压,Vd,每个电容器的电压电平是Vd / 2人大。由于连接的钳位二极管电压应力在开关设备仅限于一个电容器电压水平。因此,通过增加电压水平的数量,在半导体开关电压应力的多级结构可以显著减少。
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b .基于载波PWM逆变器技术三个水平
任何平衡三相参考电压可以表示为一个空间矢量图。一个典型的空间矢量调制器使用最近的三个州(节点包含矢量三角形的)近似理想的电压矢量。在每个开关周期,三角形来回遍历一次。每个状态的切换序列和停顿时间是由需要产生的伏秒切换状态向量相等的参考向量。注意,这里居住时间定义为在给定的时间切换状态,不应被混淆与死时间与开关之间的锁定时间在同一阶段腿避免拍摄通过[14]- [16]。的最小停留时间应该大于名义死时间。空间矢量产生的混合多电平逆变器空间矢量的定义
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大的矢量和零矢量不产生任何NP电流、NP,因此不影响NP电压。中小向量影响NP平衡,但只有小向量都是成对的。两个向量在一对产生相同的画线,线电压,但生产NP电流方向相反。第一个逻辑步骤建立他们的关系是确定生成的相电压空间矢量调制的结果。

c .偶极PWM脉冲的一代
偶极PWM方法使用两个调制波信号,积极的Vap,控制积极的和消极的一辆货车,控制负输出电压脉冲火车如图。3。振幅和基线变化的调制波等于一半的调制指数m B和偏见,[12]。这些积极的一面和消极的一面调制波可以表示如下,
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B是偏差
B的值必须小于0.5,这种方法是成功的。和的值必须小于1。最小偏差值计算Vd和最小的产品按时开关和频率的三角载波信号[4],[8]。
实现偶极操作到调制指数(ma) = 0.4偏见B值必须大于0.2。实现完整的产出水平的线性范围偏见B值选为0.4 [5]。
CenteredModulator条件共模注射:
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地区低调制指数提高,获得可控制性和有效利用的水平在低调制指数,基于载波-偶极PWM。以上TableI总结所需的注射模函数实现集中sine-triangle三级调制。基于该算法,调制器是开发和测试在一个实时模拟器。

d电路规格
参数选择模拟单相SPWM和偶极PWM列在下表中。我。
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e .门脉冲生成
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调制信号是与三角载波信号生成12脉冲切换Figure.6所示。

仿真结果

在调制指数。输出基于载波unipolar-PWM (Ma = 0.27)。
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从图7显示线中性电压Vaz和图8显示了单极的线电压PWM输出的只有三个层次马= 0.27。
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FFT analysisshown在图9基本电压为25.54 V = 71.34%和之前过滤,过滤后近似为马= 0.27 = 1.08%显示张挂。10。
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基于b。输出载波dipolar-PWM调制指数(马= 0.27)
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图11显示。线中性电压Vaz和Figure.12显示了偶极的线电压PWM调制只有三个五产出水平低马= 0.27。
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FFT频谱图13所示的基本电压为50.2 V = 44.4%和之前过滤,过滤后近似为马= 0.27 = 0.68%显示张挂14。
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c。结果比较
表4显示的性能比较,提出基于载波的单相PWM和偶极PWM。比较结果表明,该基于载波异步偶极PWM提高水平0.15调制指数和THD值(过滤后的)比单相PWM方法显著减少。
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结论
提出基于载体的偶极PWM是应用于太阳能多级NPC逆变器在低调制指数范围。提出了系统输出电压水平的数量增加了。低调制指数的水平降低等问题,给出最小脉冲宽度限制官和更高的关注。基于载波的单相PWM和偶极模拟PWM。比较结果。通过比较结果,偶极PWM输出线电压的产生更多数量的水平和更少的THD相比,单极PWM。偶极PWM解决了脉冲宽度的限制和不可控性问题。
基于载体的偶极PWM的基本电压比单相PWM和官也基于载体的偶极PWM和单相PWM相比很低。

引用
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