论文 | 下篇:中点箝位型光伏并网逆变器调制策略及效率对比

作者:

石祥花 谢少军

南京航空航天大学自动化学院

本文原文刊登于《南京航空航天大学学报》。

在上篇文章中,我们和大家探讨了4种3L-NPC型拓扑(二极管NPC、有源式NPC、层叠式NPC及有源层叠式NPC)的调制策略。

本篇文章中,我们将继续就“NPC型三电平半桥逆变器实验结果和效率对比,以及结论”作进一步介绍。

NPC型三电平半桥逆变器实验结果及效率对比

本文研制了NPC型统一实验平台,其基本框架如图7所示,部分技术参数如表4所示。

图7 NPC型统一实验平台基本框架

图7中,输入端电容C1=C2=1800μF,输出端采用LCL滤波器,逆变侧电感Li为0.6mH,并网侧电感Lg为0.36mH。在统一实验平台上,分别对各NPC型拓扑在不同调制策略下进行实验研究及并网效率测试。

1. 4种SPWM调制策略验证

以3L-ANPC为例,在输入电压Vin=400V,调制比m=0.7,负载电阻R=17Ω条件下,分别在前文分析的4种SPWM调制下进行开环实验,其实验波形如图8所示,uo为逆变器输出电压,uinv为桥臂输出电压,Vs2和Vs3分别为开关管S2和S3的耐压。图9给出了这4种调制策略下稳定工作波形,uc1和uc2分别为电容C1和C2上电压。

图8 在不同调制策略下,3L-ANPC开环实验展开波形

图9 在不同调制策略下,3L-ANPC开环实验稳定工作波形

从图8中S2与S3的耐压波形,并结合图9中桥臂电压FFT分析可知,普通SPWM、PF-SPWM、DF-SPWM及PFDF-SPWM的确满足表1中所述特征。

2. NPC型三电平半桥逆变器并网实验

NPC型三电平半桥逆变器的并网控制框图如图10所示,主要包括四个方面控制,分别为直流侧基于电容压差前馈的电容电压均衡控制;基于电容电流反馈的有源阻尼控制,来有效抑制谐振;基于电网比例前馈控制,来抑制电网谐波对进网电流的影响;基于准谐振调节器的特定谐波消除控制,来有效抑制进网电流的低频谐波。

图10 NPC型三电平半桥逆变器并网控制框图

在上述并网控制策略下,分别对各NPC拓扑在不同调制策略下,进行非单位功率因数的并网实验,其实验波形如图11所示,vg为电网电压,ig为进网电流。这表明,文中分析的4种调制略均可使逆变器工作在非单位功率因数。

图11 各NPC拓扑在4种调制策略下,非单位功率因数并网实验波形

为了测试各NPC型拓扑在不同调制策略下的性能,在单位功率因数条件下进行并网实验,并进行效率测试。图12给出了各NPC型三电平半桥逆变器在相同调制策略下并网的欧洲效率比较图。从图中可以看出,在不同调制策略下,各NPC型并网的欧洲效率近似一致,均在96.2%左右。

图12 各NPC型三电平半桥逆变器并网的欧洲效率

结论

本文针对传统3L-NPC拓扑内外管损耗不均的缺点,在衍生的NPC型拓扑基础上,根据零电平续流路径的不同配置方式,总结出4种SPWM调制方式;根据这4种SPWM调制方式,对各NPC型拓扑进行损耗分布分析及并网效率测试对比,结果表明:

① 各NPC型拓扑在4种SPWM调制下,并网效率基本一致;

② 3L-NPC适用于小功率场合,结构及控制相对简单;

③ 3L-ANPC拓扑在小功率场合不具备明显优势,在大功率场合,散热设计困难;

④ 3L-SNPC拓扑内外管损耗较为均衡,适用于大功率场合;

⑤ 3L-ASNPC结构及调制复杂,使用价值不大。

参考文献

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