npc三电平光伏逆变器系统损耗特性研究

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1、NPC三电平光伏逆变器系统损耗特性研究为实现系统最优设计，必须具体分析光伏逆变器的包括损耗特性的各项性能。逆变器系统损耗包括功率器件损耗、滤波电容、电感损耗、线路损耗等等，各种损耗之间相互关联、相互影响。测量损耗艰难而复杂，尤其功率管损耗。损耗的多少决定了逆变器效率的高低。对于降低逆变器系统损耗，国内已做了大量研究。目前提高逆变器效率的方法有：优化控制算法、多电平技术、改善逆变器拓扑结构。在优化控制算法方面，目前研究表明SVPWM调制方法能获得更高的调制度，电压利用率比SPWM高约15．47％；多电平技术也日渐成熟，随着电平数的增多

2、，功率开关器件数量会大幅度的增加，功率管开关次数的增加导致损耗增加，同时，对控制器也提出了更高的要求；改善逆变器拓扑结构，研究表明实用的拓扑结构可明显降低逆变器损耗，提高效率。尽管近几年对逆变器效率有了更加深入的研究，但是针对损耗分析测量研究仍较缺乏。本文正是基于这样的背景下开展了NPC三电平逆变器功率器件损耗特性的研究工作。1．2国内外关于三电平光伏逆变器研究现状1．2．1三电平光伏逆变器控制策略研究现状控制策略是光伏逆变器系统离并网控制的关键，光伏逆变器控制策略的目标是完成正弦波电流的输出以及相位控制，使其工作在所需功率因数的并

3、网模式下运行。目前，逆变控制系统可实现光伏逆变器实时控制，即对直流侧电压控制、P1vM波产生过程控制以及输出交流侧电流的控制技术已日趋成熟。基于d-q变换的前馈解耦PQ控制策略可以实现有功与无功恒定，是目前比较主流的并网控制策略之一。PWM(PulseWidthModulation)控制是对脉冲宽度调制技术，在三电平逆变电路中的应用极为广泛，影响也极为深刻。PWM调制方法的好坏更是决定了逆变器的运行性能。自1964年正弦脉宽调制方法(SPWM)问世以来，逆变器的PWM调制策略经过长期发展已日趋多元化且更加成熟。根据PWM脉冲产生的过

4、程不同可将逆变器调制方法分为基于载波PWM控制策略和非载波PWM控制策略。第一章绪论(1)载波P砌控制策略基于载波PWM控制策略是逆变器控制策略的基本方式，其原理较为简单且易于实现，被广泛应用于三电平逆变器系统中。载波PWM控制策略是比较调制电压和载波信号，对生成的开关脉冲信号进行合理分配，以此来触发功率开关器件。由于通常选择正弦波为调制波，所以一般称其为正弦脉宽调制(SinusoidalPWM)。根据上下层载波在水平轴上的相位关系，通常可以将三电平逆变器载波调制方法分为载波反向PWM方法和载波同向PWM方法，其最大的区别在于输出电

5、压的谐波分布差异。载波同向相电压载波次谐波能量大，边缘频带谐波含量低，当载波比是三的倍数时，线电压载波次谐波能量可以相互抵消，所以线电压THD(总谐波含量)低。载波反向的输出相电压不含载波次谐波，但是边缘频带谐波含量高，因此线电压中总谐波含量相对较高。因此在三电平SPWM方法中多采用载波同向PWM方法【71。(2)非载波控制策略三电平逆变器非载波控制方法有空间矢量调制方法(SVPWM)、降低开关损耗法(SLRPWM)及指定谐波消去法(SHEPWM)等。SVPWM调制方法直流电压利用率高、输出谐波含量低、易于数字化实现。随着社会的进步

6、，数字化控制技术不断发展，SVPWM调制方法得到了广泛的应用。SVPWM调制方法最初用于异步电机调速中，它是将三电平逆变器的27种开关状态等效为在平面中的27个电压矢量，将电压矢量按顺序组合，以此来合成电机中等效旋转磁场。然而，随着电平数的增多，合成矢量会急剧增多，其计算也较为复杂。针对此缺陷，国内许多专家学者提出了三电平SVPWM的简化算法，其实现方法是先将三电平空间矢量平面简化为两电平矢量平面，然后利用两电平SVPWM成熟的计算方法来计算矢量作用时间以及开关序列等，计算量显著降低。SHEPWM控制方法可以选择性的消除输出波形中特

7、定的谐波分量，并且在改善输出波形的同时可降低功率器件的开关损耗、提高直流侧电压利用率。但是该方法的难点在于消谐模型的求解复杂，计算量依旧很大，在线实时控制比较困难。NPC三电平光伏逆变器系统损耗特性研究SLRPWM控制方法以SVPWM控制方法为基础，通过选择合理的电压矢量来有效降低功率管的开关损耗。该方法以输出电流有效值的最大相为参考，合理的选择电压矢量，并确保在一个采样周期内输出电平状态不变，以此避免功率管在大电流时的开关动作，系统开关损耗有效降低。1．2．2三电平光伏逆变器拓扑结构研究现状光伏逆变器是光伏系统能量转换与控制的核心

8、，光伏逆变器性能的好坏将直接影响整个光伏离并网系统能否稳定可靠的运行以及整个系统的使用寿命。随着多电平光伏逆变器发展，三电平逆变器的拓扑结构有很多的形式，目前国内最为流行的有H桥级联型三电平拓扑结构、二极管钳位型三电平拓扑结构、飞跨电