CN109412445A - 基于o-heric单相逆变器带窄脉宽限制补偿的混合调制方法 - Google Patents
基于o-heric单相逆变器带窄脉宽限制补偿的混合调制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109412445A CN109412445A CN201811097552.3A CN201811097552A CN109412445A CN 109412445 A CN109412445 A CN 109412445A CN 201811097552 A CN201811097552 A CN 201811097552A CN 109412445 A CN109412445 A CN 109412445A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- compensation
- switch
- level
- narrow spaces
- lim
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 78
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims abstract description 23
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 13
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 8
- 210000001367 artery Anatomy 0.000 claims description 5
- 230000001447 compensatory effect Effects 0.000 claims description 5
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 claims description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 8
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 23
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 5
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
- H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
-
- H02J3/383—
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
- H02M7/539—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency
- H02M7/5395—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency by pulse-width modulation
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
本发明涉及一种基于O‑HERIC单相逆变器带窄脉宽限制补偿的混合调制方法。所述混合调制方法采用自然换流型单极性调制方法，根据逆变器输出瞬时功率的极性对窄脉宽限制区域采用了精确的补偿调制方法，并且调整了调制中死区插入的区域，消除死区产生的电流畸变。自然换流型单极性调制方法为桥臂开关与其中一个交流旁路开关进行高频(开关频率)互补切换，另一个交流旁路开关工频(电网频率)动作；窄脉宽限制区域改变调制方法产生三种电平(即+Udc，0，‑Udc，Udc为直流母线电压)，合理调节三种电平的脉冲宽度，合成存在窄脉宽限制的期望电压；逆变器输出瞬时功率为正时，死区时间插在续流时间部分，逆变器输出瞬时功率为负时，死区插在导通时间部分。本发明从调制方法上实现了O‑HERIC单相逆变器的高转换效率，无功功率调节能力和良好的电能质量的特性。
Description
技术领域
本发明涉及新能源光伏发电技术领域，具体涉及基于O-HERIC单相逆变器带窄脉宽限制补偿的混合调制方法。
背景技术
近几十年来，太阳能作为主要的新能源之一，其发电技术产业受到了全球各国的大力推进，缓解了化石能源危机与环境污染问题。光伏发电厂的装机容量已经达到了一定的程度，需要选择特定的地理位置以及大量的占地面积。而将中小功率光伏产业以入户式推广，能够节约光伏装机的占地面积，大幅度的增加光伏的装机和发电量。作为光伏发电并网的重要枢纽，中小功率的光伏电能转换装置显得尤为重要。特别是在新能源渗透率逐年增长，在能源系统中所占比重越来越大的趋势下，光伏发电系统并网技术逐渐向并网友好型、电网支撑型发展。
入户式的光伏发电装置需要具有转换效率高、体积小、功率密度大、可靠性能高和电磁兼容性好等性能。因此，其电能转换装置一般都选用无变压器型的单相逆变器。具有电气隔离的低频变压器的移除，减小了装置的体积，提高了转换效率，但是漏电流问题随之而来。因此，国内外学者提出了很多的抑制漏电流的单相逆变器拓扑，包括H5、 H6、HERIC(高效高可靠性逆变器)、O-HERIC(中点钳位型HERIC) 等。其中，O-HERIC型逆变器能够在续流期间通过中点钳位电路将共模电压牢牢的钳位在一个常值，从而有效的抑制漏电流的问题，提高了转换效率。本发明的混合调制方法研究对象选择O-HERIC型逆变器。
现有的无变压器型的单相光伏逆变器的调制方法通常很难兼顾高转换效率、无功功率调节以及高电能质量等三大特性。因此，本发明在不增加额外器件成本的前提下，分区域采用不同的调制方法。以自然换流调制方法获得宽范围的无功功率调节能力；以精确的窄脉宽补偿调制方法和死区调节方法获得高电能质量的性能；与此同时，混合调制方法因大部分时间都是单极性调制而拥有高转换效率。本发明所提的混合调制方法能够同时满足高转换效率、高电能质量和无功功率调节三大性能。
发明内容
针对现有无变压器单相逆变器调制技术的不足，本发明提供一种基于O-HERIC单相逆变器带窄脉宽限制补偿的混合调制方法，以满足无变压器型单相光伏逆变器高转换效率、高电能质量以及无功功率可调的要求，为智能化、高转换效率、高可靠性的光伏发电技术奠定一定的基础。
本发明提供了一种基于O-HERIC单相逆变器带窄脉宽限制补偿的混合调制方法，所述混合调制方法包括：自然换流的单极性调制方法、窄脉宽限制区域的精确补偿调制方法，以及消除死区影响的补偿方法；其中，根据O-HERIC单相逆变器的参考电压Vref和电感电流ig的情况划分为下述6个区域：
1)区域1：ωt∈[0，θlim)；
2)区域2：ωt∈[θlim,π-θlim)；
3)区域3：ωt∈[π-θlim,π)；
4)区域4：ωt∈[π，π+θlim)；
5)区域5：ωt∈[π+θlim,2π-θlim)；
6)区域6：ωt∈[2π-θlim,2π)；
其中θlim表示窄脉宽限制补偿区域的界值，区域2、5采用自然换流的单极性调制方法；区域1、3、4、6采用窄脉宽限制的精确补偿调制方法。
进一步的，所述混合调制方法包括：在区域2、5，采用自然换流的单极性调制方法，其开关的切换方式为：1)区域2，开关S1，S4 与S5，S7高频互补切换，S6一直处于接通状态，切换期间插入死区， S2和S3一直处于断开状态；2)区域5，开关S2，S3与S6，S7高频互补切换，S5一直处于接通状态，切换期间插入死区，S1和S4一直处于断开状态，S5，S6，S7为中点钳位旁路开关。
进一步的，所述混合调制方法包括：在区域1、3、4、6，采用窄脉宽限制的精确补偿调制方法，逆变器输出瞬时功率为正，此时Vrefig> 0，即单位功率因数时的区域1、3、4、6与非单位功率因数时的区域3、 6，采用相同的补偿调制方式：1)Vref>0，开关S1，S4和中点钳位旁路开关S5，S6，S7高频互补切换，获得0电平和+Udc电平，切换过程插入死区，获得-Udc电平,S2和S3处于断开状态；2)Vref<0，开关 S2，S3和中点钳位旁路开关S5，S6，S7高频互补切换，获得0电平和-Udc电平，切换过程插入死区，获得+Udc电平，S1和S4处于断开状态，其中Udc表示直流母线电压，Vref表示参考电压，ig表示电感电流。
进一步的，所述方法包括：在区域1、3、4、6，采用窄脉宽限制的精确补偿调制方法，逆变器输出瞬时功率Vrefig为负，此时Vrefig<0，即非单位功率因数时的区域1、4，采用另一种补偿调制方式：1)Vref> 0，开关S1，S4，中点钳位旁路开关S5，S6，S7与开关S2，S3高频互补切换，获得0电平，+Udc电平，和-Udc电平，切换过程插入死区，死区时间逆变器输出+Udc电平；2)Vref<0，开关S2，S3，中点钳位旁路开关S5，S6，S7和开关S1，S4高频互补切换，获0电平，-Udc电平和+Udc电平，切换过程插入死区，死区时间逆变器输出-Udc电平；其中Udc表示直流母线电压，Vref表示参考电压，ig表示电感电流。
进一步的，采用自然换流的单极性调制方法时，所述区域2和5 插入死区方法包括：1)逆变器输出瞬时功率为正，由于死区时间产生0电平，在续流时间部分插入死区；2)逆变器输出瞬时功率为负时，由于死区时间产生与期望电压相同极性的±Udc电平，在导通时间部分插入死区，此时的死区时间大于功率器件开通关断时信号上升下降时间相加之和，具体应用具体设置，其中Udc表示直流母线电压。
进一步的，所述划分的区域需要确定窄脉宽区域，所述确定窄脉宽区域的方法包括：
对单相逆变器进行建模，得到等效电路，所述等效电路的电压方程为：
其中vg(t)＝Vmsin(ωt)，ig(t)＝Imsin(ωt-α)，vAB＝dUdc；
vAB(t)＝Vmsin(ωt)+LωImcos(ωt-α)；
稳态情况下，LωImcos(ωt-α)可以忽略不计，可得开关的占空比
当开关的占空比d小于窄脉宽限制dlim时，即d<dlim时，功率开关不能正常开通，在窄脉宽限制区域将会产生电流畸变，区域1、3、4、 6可表示为：
其中，vL(t)表示电感电压瞬时值；vAB(t)表示逆变器输出电压瞬时值；ig(t)表示电感电流瞬时值；L表示逆变器的滤波电感；Vm表示电网电压的峰值；Im表示电感电流的峰值；ω表示电网电压的角频率；d表示脉宽调制的占空比；Udc表示直流母线电压；α表示逆变器的并网功率因数角；dlim表示功率开关窄脉宽限制占空比；θlim表示窄脉宽限制补偿区域的界值。
进一步的，所述的输出瞬时功率为正的窄脉宽补偿调制方法包括：输出瞬时功率为正的精确窄脉宽限制补偿，当开关的占空比d小于窄脉宽限制dlim时，即d<dlim时，为了使开关正常开通，占空比加补偿d ＝d+dm，该补偿的dm产生的电平将会利用死区时间产生极性相反的电平抵消，以获得期望的输出电压Vref，其中死区宽度为dm/2，计算所述补偿方式下逆变器输出的瞬时电压为：
其中，d表示脉宽调制的占空比，Udc表示直流母线电压，dlim表示功率开关窄脉宽限制占空比，dm表示最小窄脉冲限制的补偿脉宽，必须大于dlim。
进一步的，所述的输出瞬时功率为负的窄脉宽补偿调制方法包括：
输出瞬时功率为负的精确窄脉宽限制补偿，死区时间产生的电平与期望电平相同，死区的存在并不能帮助窄脉宽限制的补偿，因此需要开通全桥臂中互补的两个开关管来获得极性相反的电平，获得精确窄脉宽限制和死区的补偿，当占空比d小于窄脉宽限制dlim时，为了使开关正常开通，占空比加补偿d＝d+dm，该补偿的dm和死区时间产生的电平将会利用开通互补的两个开关管抵消，以获得期望输出电压 Vref，该补偿方式为：
1)开关S5，S6，S7开通续流，产生0电平，占空比为1-d-5dm；
2)死区时间，所有开关关闭，电流由桥臂开关的反并联二极管寻找回路，产生与期望电压极性相同的±Udc，占空比为dm/2；
3)开关S1，S4开通占空比时间，产生期望的±Udc，占空比为d+ dm；
4)死区时间，所有开关关闭，电流由桥臂开关的反并联二极管寻找回路，产生与期望电压极性相同的±Udc，占空比为dm/2；
5)开关S2，S3开通，产生于期望电压相反占空比为2.5dm；
6)死区时间，所有开关关闭，电流由桥臂开关的反并联二极管寻找回路，产生与期望电压极性相同的±Udc，占空比为dm/2；
7)开关S5，S6，S7开通续流，产生0电平，占空比为1-d-5dm；
计算所述补偿方式下逆变器输出的瞬时电压为：
其中死区宽度为dm/2，d表示脉宽调制的占空比，Udc表示直流母线电压，dlim表示功率开关窄脉宽限制占空比，dm表示最小窄脉冲限制的补偿脉宽，必须大于dlim。
由上述技术方案可知，本发明提出基于O-HERIC单相逆变器带窄脉宽限制补偿的混合调制方法，根据功率半导体开关窄脉宽限制和输出瞬时功率的极性分为六个区域，并在不同区域内采用不同的调制方法，包括：自然换流型单极性调制方法，根据逆变器输出瞬时功率的极性对窄脉宽限制区域采用了精确的补偿调制方法，并且调整了调制中死区插入的区域，消除死区产生的电流畸变。其有益效果在于，与现有的无变压器型单相逆变器调制方法相比，本发明综合了不同调制方法的优点，基于区间划分结合不同混合调制方法的本发明综合了不同调制方法的优点，更加适用于O-HERIC单相逆变器的调制，能有效地提高转换效率和电能质量，减少损耗，同时还具有输出无功的能力。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1为本发明采用的O-HERIC型单相逆变器拓扑结构示意图；
图2为本发明的混合调制方法单位功率因数区域划分示意图；
图3为本发明的混合调制方法非单位功率因数区域划分示意图；
图4瞬时功率为正时窄脉宽限制补偿方法示意图；
图5瞬时功率为负时窄脉宽限制补偿方法示意图；
图6为仿真和实验参数示意图；
图7中的图(a)～(c)为稳态时并网电压电流仿真输出波形示意图；
图8中的图(a)～(b)为稳态时窄脉宽限制补偿仿真输出波形示意图；
图9中的图(a)～(c)为实验中并网电压电流输出示意图；
图10为本发明混合调制方法与常规单极性调制方法的功率输出效率对比示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种基于O-HERIC单相逆变器带窄脉宽限制补偿的混合调制方法，O-HERIC单相逆变器的拓扑结构如图1所示， S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7为被控开关管(功率半导体开关IGBT 或MOSFET)，图2和图3为根据参考窄脉宽限制和输出瞬时功率的极性情况划分为6个区域，其中区域2、5采用自然换流型单极性调制方法；区域1、3、4、6采用窄脉宽限制的精确补偿调制方法；。
本发明实施例还提供混合调制方法的具体实施方式：
步骤一：对单相逆变器进行建模，得到等效电路，所述等效电路的电压方程为：
其中vg(t)＝Vmsin(ωt)，ig(t)＝Imsin(ωt-α)，vAB＝dUdc；
vAB(t)＝Vmsin(ωt)+LωImcos(ωt-α)；
步骤二：稳态情况下，LωImcos(ωt-α)可以忽略不计，可得开关的占空比
步骤三：当开关的占空比小于窄脉宽限制(d<dlim)，功率开关不能正常开通，在窄脉宽限制区域将会产生电流畸变，该区域(区域1、 3、4、6)可表示为：
其中，vL(t)表示电感电压瞬时值；vAB(t)表示逆变器输出电压瞬时值；ig(t)表示电感电流瞬时值；L表示逆变器的滤波电感；Vm表示电网电压的峰值；Im表示电感电流的峰值；ω表示电网电压的角频率；d 表示脉宽调制的占空比；Udc表示直流母线电压；α表示逆变器的并网功率因数角；dlim表示功率开关窄脉宽限制占空比；θlim表示窄脉宽限制补偿区域的界值。
步骤五：根据功率开关器件窄脉宽限制以及逆变器输出瞬时功率的极性划分的调制区域如下：
1)区域1：ωt∈[0，θlim)；
2)区域2：ωt∈[θlim,π-θlim)；
3)区域3：ωt∈[π-θlim,π)；
4)区域4：ωt∈[π，π+θlim)；
5)区域5：ωt∈[π+θlim,2π-θlim)；
6)区域6：ωt∈[2π-θlim,2π)；
步骤六：对于窄脉宽限制采用的精确补偿调制方法分为两种：
1)图4为输出瞬时功率为正时的窄脉宽补偿方法示意图，输出瞬时功率为正(Vrefig>0)的精确窄脉宽限制补偿，当占空比小于窄脉宽 (d<dlim)，为了使开关正常开通，占空比加补偿d＝d+dm，该补偿的 dm产生的电平将会利用死区时间产生极性相反的电平抵消，以获得期望的输出电压Vref，其中死区宽度为dm/2，计算所述补偿方式下逆变器输出的瞬时电压为：
其中，dm表示最小窄脉冲限制的补偿脉宽，必须大于dlim。
2)图5为输出瞬时功率为负时的窄脉宽补偿方法示意图，输出瞬时功率为负(Vrefig<0)的精确窄脉宽限制补偿，死区时间产生的电平与期望电平相同，死区的存在并不能帮助窄脉宽限制的补偿。因此需要开通全桥臂中互补的两个开关管来获得极性相反的电平，获得精确窄脉宽限制和死区的补偿。当占空比小于窄脉宽限制(d<dlim)，为了使开关正常开通，占空比加补偿d＝d+dm，该补偿的dm和死区时间产生的电平将会利用开通互补的两个开关管抵消，以获得期望输出电压 Vref，该补偿方式为：
(1)开关S5，S6，S7开通续流，产生0电平，占空比为1-d-5dm；
(2)死区时间，所有开关关闭，电流由桥臂开关的反并联二极管寻找回路，产生与期望电压极性相同的±Udc，占空比为dm/2；
(3)开关S1，S4开通占空比时间，产生期望的±Udc，占空比为d+ dm；
(4)死区时间，所有开关关闭，电流由桥臂开关的反并联二极管寻找回路，产生与期望电压极性相同的±Udc，占空比为dm/2；
(5)开关S2，S3开通，产生于期望电压相反占空比为2.5dm；
(6)死区时间，所有开关关闭，电流由桥臂开关的反并联二极管寻找回路，产生与期望电压极性相同的±Udc，占空比为dm/2；
(7)开关S5，S6，S7开通续流，产生0电平，占空比为1-d-5dm；
计算所述补偿方式下逆变器输出的瞬时电压为：
其中死区宽度为dm/2，dm表示最小窄脉冲限制的补偿脉宽，必须大于dlim。
图6为本发明实例所采用的仿真和实验参数示意图，包括额定输出功率、输入的直流母线电压、电网电压有效值、电网电压频率、直流输入滤波电容、交流滤波电感、开关频率、功率半导体切换死区时间，窄脉宽限制时间。
图7中的图(a)、(b)和(c)示出了O-HERIC单相逆变器采用本发明混合调制方法的并网电流仿真示意图。其中包括电网电压vg，并网电流ig。图7(a)为单位功率因数时的并网电流波形仿真示意图，电流谐波畸变率为1.86％。图7(b)为非单位功率因数(cosα＝0.9)的并网电流波形仿真示意图，电流谐波畸变率为2.02％。图7(c)为非单位功率因数 (cosα＝-0.9)的并网电流波形仿真示意图，电流谐波畸变率为2.04％。
图8中的图(a)和(b)示出了O-HERIC单相逆变器采用本发明混合调制方法的窄脉宽限制补偿的仿真波形示意图。图8(a)示出了输出瞬时功率为正时的窄脉宽补偿逆变器输出的电压vAB波形图。图8(b)示出了输出瞬时功率为负时的窄脉宽补偿逆变器输出的电压vAB波形图。图 8(a)(b)符合与图4、5所示补偿方法的分析结果，证明了本发明所提的混合调制方法窄脉宽补偿调制方法的有效性。
图9中的图(a)、(b)和(c)分别示出了O-HERIC单相逆变器采用本发明混合调制方法单位功率因数、功率因数cosα＝0.9和功率因数cosα＝-0.9时的并网电流实验示意图。其中图9(a)、(b)和(c)的并网电流实验结果与图7(a)、(b)和(c)中仿真的并网电流示意图具有一致性。图 9(a)、(b)和(c)中的电流总谐波失真率分别为2.2％、2.4％、2.5％，仿真和实验中的并网电流总谐波失真率远小于我国国家标准中的5％，证明采用本发明的混合调制方法的输出并网电流拥有良好的输出电能质量。
图10为本发明所述混合调制方法与常规的单极性调制方法下的逆变器整体效率的比较示意图。从图中可以看出，本发明的混合调制方法的效率与单极性调制方法(不具备无功调节能力)一样可以获得高转换效率，其最大效率为97.75％。
在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定；虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
Claims (8)
1.基于O-HERIC单相逆变器带窄脉宽限制补偿的混合调制方法，其特征在于，所述混合调制方法包括：自然换流的单极性调制方法、窄脉宽限制区域的精确补偿调制方法，以及消除死区影响的补偿方法；其中，根据O-HERIC单相逆变器的参考电压Vref和电感电流ig的情况划分为下述6个区域：
1)区域1：ωt∈[0，θlim)；
2)区域2：ωt∈[θlim,π-θlim)；
3)区域3：ωt∈[π-θlim,π)；
4)区域4：ωt∈[π，π+θlim)；
5)区域5：ωt∈[π+θlim,2π-θlim)；
6)区域6：ωt∈[2π-θlim,2π)；
其中θlim表示窄脉宽限制补偿区域的界值，区域2、5采用自然换流的单极性调制方法；区域1、3、4、6采用窄脉宽限制的精确补偿调制方法。
2.根据权利要求1所述的混合调制方法，其特征在于，所述混合调制方法包括：在区域2、5，采用自然换流的单极性调制方法，其开关的切换方式为：1)区域2，开关S1，S4与S5，S7高频互补切换，S6一直处于接通状态，切换期间插入死区，S2和S3一直处于断开状态；2)区域5，开关S2，S3与S6，S7高频互补切换，S5一直处于接通状态，切换期间插入死区，S1和S4一直处于断开状态，其中S5，S6，S7为中点钳位旁路开关。
3.根据权利要求1或2所述的混合调制方法，其特征在于，所述方法包括：在区域1、3、4、6，采用窄脉宽限制的精确补偿调制方法，逆变器输出瞬时功率为正，此时Vrefig>0，即单位功率因数时的区域1、3、4、6与非单位功率因数时的区域3、6，采用相同的补偿调制方式：1)Vref>0，开关S1，S4和中点钳位旁路开关S5，S6，S7高频互补切换，获得0电平和+Udc电平，切换过程插入死区，获得-Udc电平,S2和S3处于断开状态；2)Vref<0，开关S2，S3和中点钳位旁路开关S5，S6，S7高频互补切换，获得0电平和-Udc电平，切换过程插入死区，获得+Udc电平，S1和S4处于断开状态，其中Udc表示直流母线电压，Vref表示参考电压，ig表示电感电流。
4.根据权利要求1或2所述的混合调制方法，其特征在于，在区域1、3、4、6，采用窄脉宽限制的精确补偿调制方法，逆变器输出瞬时功率Vrefig为负，此时Vrefig<0，即非单位功率因数时的区域1、4，采用另一种补偿调制方式：1)Vref>0，开关S1，S4，中点钳位旁路开关S5，S6，S7与开关S2，S3高频互补切换，获得0电平，+Udc电平，和-Udc电平，切换过程插入死区，死区时间逆变器输出+Udc电平；2)Vref<0，开关S2，S3，中点钳位旁路开关S5，S6，S7和开关S1，S4高频互补切换，获0电平，-Udc电平和+Udc电平，切换过程插入死区，死区时间逆变器输出-Udc电平；其中Udc表示直流母线电压，Vref表示参考电压，ig表示电感电流。
5.根据权利要求1或2或3所述的混合调制方法，其特征在于，采用自然换流的单极性调制方法时，所述区域2和5插入死区方法包括：1)逆变器输出瞬时功率为正，由于死区时间产生0电平，在续流时间部分插入死区；2)逆变器输出瞬时功率为负时，由于死区时间产生与期望电压相同极性的±Udc电平，在导通时间部分插入死区，此时的死区时间大于功率器件开通关断时信号上升下降时间相加之和，具体应用具体设置，其中Udc表示直流母线电压。
6.根据权利要求1或2所述的混合调制方法，其特征在于，所述划分的区域需要确定窄脉宽区域，所述确定窄脉宽区域的方法包括：
对单相逆变器进行建模，得到等效电路，所述等效电路的电压方程为：
其中vg(t)＝Vmsin(ωt)，ig(t)＝Imsin(ωt-α)，vAB＝dUdc；
vAB(t)＝Vmsin(ωt)+LωImcos(ωt-α)；
稳态情况下，LωImcos(ωt-α)可以忽略不计，可得开关的占空比
当开关的占空比d小于窄脉宽限制dlim时，即d<dlim时，功率开关不能正常开通，在窄脉宽限制区域将会产生电流畸变，区域1、3、4、6可表示为：
其中，vL(t)表示电感电压瞬时值；vAB(t)表示逆变器输出电压瞬时值；ig(t)表示电感电流瞬时值；L表示逆变器的滤波电感；Vm表示电网电压的峰值；Im表示电感电流的峰值；ω表示电网电压的角频率；d表示脉宽调制的占空比；Udc表示直流母线电压；α表示逆变器的并网功率因数角；dlim表示功率开关窄脉宽限制占空比；θlim表示窄脉宽限制补偿区域的界值。
7.根据权利要求3所述的混合调制方法，其特征在于，所述的输出瞬时功率为正的窄脉宽补偿调制方法包括：
输出瞬时功率为正的精确窄脉宽限制补偿，当开关的占空比d小于窄脉宽限制dlim时，即d<dlim时，为了使开关正常开通，占空比加补偿d＝d+dm，该补偿的dm产生的电平将会利用死区时间产生极性相反的电平抵消，以获得期望的输出电压Vref，其中死区宽度为dm/2，计算所述补偿方式下逆变器输出的瞬时电压为：
其中，d表示脉宽调制的占空比，Udc表示直流母线电压，dlim表示功率开关窄脉宽限制占空比，dm表示最小窄脉冲限制的补偿脉宽，必须大于dlim。
8.根据权利要求4所述的混合调制方法，其特征在于，所述的输出瞬时功率为负的窄脉宽补偿调制方法包括：
输出瞬时功率为负的精确窄脉宽限制补偿，死区时间产生的电平与期望电平相同，死区的存在并不能帮助窄脉宽限制的补偿，因此需要开通全桥臂中互补的两个开关管来获得极性相反的电平，获得精确窄脉宽限制和死区的补偿，当占空比d小于窄脉宽限制dlim时，为了使开关正常开通，占空比加补偿d＝d+dm，该补偿的dm和死区时间产生的电平将会利用开通互补的两个开关管抵消，以获得期望输出电压Vref，该补偿方式为：
1)开关S5，S6，S7开通续流，产生0电平，占空比为1-d-5dm；
2)死区时间，所有开关关闭，电流由桥臂开关的反并联二极管寻找回路，产生与期望电压极性相同的±Udc，占空比为dm/2；
3)开关S1，S4开通占空比时间，产生期望的±Udc，占空比为d+dm；
4)死区时间，所有开关关闭，电流由桥臂开关的反并联二极管寻找回路，产生与期望电压极性相同的±Udc，占空比为dm/2；
5)开关S2，S3开通，产生于期望电压相反占空比为2.5dm；
6)死区时间，所有开关关闭，电流由桥臂开关的反并联二极管寻找回路，产生与期望电压极性相同的±Udc，占空比为dm/2；
7)开关S5，S6，S7开通续流，产生0电平，占空比为1-d-5dm；
计算所述补偿方式下逆变器输出的瞬时电压为：
其中死区宽度为dm/2，d表示脉宽调制的占空比，Udc表示直流母线电压，dlim表示功率开关窄脉宽限制占空比，dm表示最小窄脉冲限制的补偿脉宽，必须大于dlim。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811097552.3A CN109412445B (zh) | 2018-09-19 | 2018-09-19 | 基于o-heric单相逆变器带窄脉宽限制补偿的混合调制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811097552.3A CN109412445B (zh) | 2018-09-19 | 2018-09-19 | 基于o-heric单相逆变器带窄脉宽限制补偿的混合调制方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109412445A true CN109412445A (zh) | 2019-03-01 |
| CN109412445B CN109412445B (zh) | 2020-08-14 |
Family
ID=65464986
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811097552.3A Active CN109412445B (zh) | 2018-09-19 | 2018-09-19 | 基于o-heric单相逆变器带窄脉宽限制补偿的混合调制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109412445B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102377360A (zh) * | 2011-10-12 | 2012-03-14 | 常州联力自动化科技有限公司 | 三电平svpwm高调制度窄脉冲消除系统与方法 |
| CN102437772A (zh) * | 2012-01-06 | 2012-05-02 | 盐城工学院 | 高频脉冲交流环节逆变器的双极性调制控制装置 |
| CN105680753A (zh) * | 2016-01-27 | 2016-06-15 | 广东美的制冷设备有限公司 | 基于单电流传感器的三相电流重构方法和装置 |
| CN107241029A (zh) * | 2017-06-20 | 2017-10-10 | 阳光电源股份有限公司 | 一种窄脉冲控制方法、装置及系统 |
| CN108448922A (zh) * | 2018-05-23 | 2018-08-24 | 中南大学 | 一种无变压器的单相逆变器的调制方法 |
| JP2018137983A (ja) * | 2016-07-20 | 2018-08-30 | 日本精工株式会社 | 電動パワーステアリング装置 |
-
2018
- 2018-09-19 CN CN201811097552.3A patent/CN109412445B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102377360A (zh) * | 2011-10-12 | 2012-03-14 | 常州联力自动化科技有限公司 | 三电平svpwm高调制度窄脉冲消除系统与方法 |
| CN102437772A (zh) * | 2012-01-06 | 2012-05-02 | 盐城工学院 | 高频脉冲交流环节逆变器的双极性调制控制装置 |
| CN105680753A (zh) * | 2016-01-27 | 2016-06-15 | 广东美的制冷设备有限公司 | 基于单电流传感器的三相电流重构方法和装置 |
| JP2018137983A (ja) * | 2016-07-20 | 2018-08-30 | 日本精工株式会社 | 電動パワーステアリング装置 |
| CN107241029A (zh) * | 2017-06-20 | 2017-10-10 | 阳光电源股份有限公司 | 一种窄脉冲控制方法、装置及系统 |
| CN108448922A (zh) * | 2018-05-23 | 2018-08-24 | 中南大学 | 一种无变压器的单相逆变器的调制方法 |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| BO GUAN ET AL: "A narrow pulse compensation method for neutral-point-clamped three-level converters considering neutral-point balance", 《2015 9TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON POWER ELECTRONICS AND ECCE ASIA (ICPE-ECCE ASIA)》 * |
| JIAN YANG ET AL: "An improved HERIC inverter with zero-current-switching", 《 2017 IEEE ELECTRICAL POWER AND ENERGY CONFERENCE (EPEC)》 * |
| 徐华 等: "三电平逆变器SVPWM的死区补偿和窄脉冲处理", 《电力电子技术》 * |
| 肖鹏 等: "基于矩阵变换器的随机脉冲位置PWM控制策略的研究", 《电气传动》 * |
| 袁颖 等: "一种新型HERIC光伏逆变器漏电流抑制技术研究", 《微型机与应用》 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109412445B (zh) | 2020-08-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104158212B (zh) | 一种多电平光伏发电系统拓扑结构及其控制方法 | |
| CN104393779B (zh) | 一种基于载波层叠调制的模块化多电平变流器控制方法 | |
| CN107453395B (zh) | 级联h桥中压变流器并网电流低频谐波抑制方法 | |
| CN102710159B (zh) | 混合驱动的低谐波逆变控制方法及其调制模式切换电路 | |
| CN104682390A (zh) | 用于高压直流输电的交流混合有源滤波系统及其控制方法 | |
| Svensson | Grid-connected voltage source converter: control principles and wind energy applications | |
| CN105226982A (zh) | 一种基于中点电流的三电平npc逆变器中点电位均衡控制方法 | |
| US20230017288A1 (en) | Topology of series-connected mmc with a small number of modules | |
| CN107733272A (zh) | 四电平三相并网逆变器及其调制方法和发电系统 | |
| CN108448922B (zh) | 一种无变压器的单相逆变器的调制方法 | |
| CN106787895A (zh) | 基于svm策略的三相并联逆变系统环流抑制方法 | |
| CN105811796B (zh) | 一种三电平逆变器中点电压平衡和损耗减小控制方法 | |
| CN111953223A (zh) | 一种三相四线制三电平变流器中点电压平衡方法 | |
| CN103840474A (zh) | 一种中高压直挂式静止同步无功补偿器主电路拓扑结构 | |
| Abbasi et al. | A novel controller based on single-phase instantaneous pq power theory for a cascaded PWM transformer-less STATCOM for voltage regulation | |
| CN107026475B (zh) | 一种太阳能分布式发电系统入网控制方法 | |
| CN108448923A (zh) | 一种实现三相逆变器软开关的变频控制方法 | |
| CN103219911B (zh) | 一种基于无差拍控制方法的离网逆变器及其工作方法 | |
| CN106505898A (zh) | 基于svpwm的z源npc三电平逆变器恒功率并网控制系统 | |
| CN109412445A (zh) | 基于o-heric单相逆变器带窄脉宽限制补偿的混合调制方法 | |
| Svensson | Grid-connected voltage source converter | |
| CN109149984A (zh) | Ⅱ型混合级联七电平逆变器功率均衡控制方法 | |
| CN105116794B (zh) | 适合中小容量分布式电源接入的电网模拟器控制方法 | |
| Zhang et al. | A unidirectional cascaded high-power wind converter with reduced number of active devices | |
| CN108683352B (zh) | 一种基于桥式开关电容模块的三电平自平衡逆变器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |