CN114944667A - 一种三电平光伏逆变器5、7次谐波抑制方法 - Google Patents

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韩聪
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Abstract

一种三电平光伏逆变器5、7次谐波抑制方法,原始三相调制波中增加导通时间补偿得到新的调制波。在逆变器桥口输出电流大于等于零时,在原始三相调制波中加上导通时间得到新的调制波;否则在原始三相调制波中减去导通时间得到新的调制波。该谐波抑制方法,根据三电平光伏逆变器5、7次谐波产生的原理对应进行谐波抑制,能够准确灵活抑制不同情形下的产生的谐波。可以针对SPWM和SVPWM不同的调制方式,分别叠加不同的谐波抑制常数,可对谐波抑制常数进行整定,达到很好的5、7次谐波抑制目的。该谐波抑制方法实现简单、控制方便、不增加系统的硬件成本,能够精准对5、7次谐波进行抑制,并且不会影响和放大其他次谐波。

Description

一种三电平光伏逆变器5、7次谐波抑制方法
技术领域
本发明涉及电流源并网逆变领域,特别是涉及一种三电平光伏逆变器5、7次谐波抑制方法。
背景技术
随着光伏等新能源并网产品的广泛应用,并网逆变器输出的电能质量得到了越来越多的重视,国家出台了一系列相关标准来明确并网谐波电流要抑制低次谐波,低次谐波主要是5、7次谐波。
现有的谐波补偿方式都是笼统的谐波抑制方式,没有针对固定次谐波的机理及抑制方法进行详细研究,而且谐波抑制方法较为复杂,实际工程实现起来较为复杂。
此外,现有的谐波抑制方式,大多针对的是两电平的调制方式,且需增加电流过零检测的硬件模拟电路以及判断电流极性,这样不仅增加了系统成本,也会降低系统的可靠性。
而少量针对三电平调制方式的5、7次谐波抑制方法,也是通过软件检测电流方向并计算出谐波抑制补偿时间来抑制谐波,但是实际电流在过零点附近的一个开关周期内可能反复穿越零点,存在软件无法准确判断电流方向,最终使得谐波抑制效果下降。
因此,针对现有技术的缺点,提供三电平控制拓扑的5、7次谐波抑制方法甚为必要。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种三电平光伏逆变器5、7次谐波抑制方法,具有方法实现简单、控制方便、不增加系统的硬件成本,能够精准对5、7次谐波进行抑制,并且不会影响和放大其他次谐波的特点。
本发明的目的通过以下技术措施实现。
提供一种三电平光伏逆变器5、7次谐波抑制方法,在原始三相调制波中增加导通时间补偿得到新的调制波。
进一步的,上述的三电平光伏逆变器5、7次谐波抑制方法,在逆变器桥口输出电流大于等于零时,在原始三相调制波中加上导通时间得到新的调制波;否则在原始三相调制波中减去导通时间得到新的调制波。
进一步的,上述的三电平光伏逆变器5、7次谐波抑制方法,导通时间通过式(1)计算,
△uT=k×Td×fs……式(1);
其中,k为谐波抑制常数,取1或2;在SPWM调制方式下k取1,在SVPWM调制方式下k取2,Td为死区时间,fs为系统开关频率。
进一步的,上述的三电平光伏逆变器5、7次谐波抑制方法,抑制过程具体如下:
S1,在三电平光伏逆变器启动工作后,实时监测逆变器桥口输出电流;
S2,判断逆变器桥口电流是否大于等于零,如果是,则进入步骤S3,否则进入步骤S4;
S3,将原始三相调制波与导通时间相加得到新的调制波,然后进入步骤S5;
S4,将原始三相调制波与导通时间相减得到新的调制波,然后进入步骤S5;
S5,以新的调制波作为输出。
本发明的三电平光伏逆变器5、7次谐波抑制方法,根据三电平光伏逆变器5、7次谐波产生的原理对应进行谐波抑制,能够准确灵活抑制不同情形下的产生的谐波。可以针对SPWM和SVPWM不同的调制方式,分别叠加不同的谐波抑制常数,可对谐波抑制常数进行整定,达到很好的5、7次谐波抑制目的。该谐波抑制方法实现简单、控制方便、不增加系统的硬件成本,能够精准对5、7次谐波进行抑制,并且不会影响和放大其他次谐波。
说明书附图
利用附图对本发明作进一步的说明,但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。
图1是本发明一种三电平光伏逆变器5、7次谐波抑制方法的流程图。
图2是三电平光伏逆变器的主回路拓扑图。
图3是本发明的5、7次谐波控制算法示意图。
图4是一三电平光伏逆变器未加入本发明的5、7次谐波抑制方法的调制波。
图5是一三电平光伏逆变器加入本发明的5、7次谐波抑制方法进行谐波抑制后得到的调制波。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步说明。
实施例1。
一种三电平光伏逆变器5、7次谐波抑制方法,在原始三相调制波中增加导通时间补偿得到新的调制波。补偿采用增加还是减少,通过逆变器桥口输出电流大小判断。在逆变器桥口输出电流大于等于零时,在原始三相调制波中加上导通时间得到新的调制波;否则在原始三相调制波中减去导通时间得到新的调制波。
具体导通时间通过式(1)计算,
△uT=k×Td×fs……式(1);
其中,k为谐波抑制常数,取1或2;在SPWM调制方式下k取1,在SVPWM调制方式下k取2,Td为死区时间,fs为系统开关频率。
本实施例的三电平光伏逆变器5、7次谐波抑制方法,如图1所示,抑制过程具体如下:
S1,在三电平光伏逆变器启动工作后,实时监测逆变器桥口输出电流;
S2,判断逆变器桥口电流是否大于等于零,如果是,则进入步骤S3,否则进入步骤S4;
S3,对原始三相调制波增加导通时间得到新的调制波,然后进入步骤S5;
S4,对原始三相调制波减少导通时间得到新的调制波,然后进入步骤S5;
S5,以新的调制波作为输出。
该三电平光伏逆变器5、7次谐波抑制方法,根据三电平光伏逆变器5、7次谐波产生的原理对应进行谐波抑制,能够准确灵活抑制不同情形下的产生的谐波。可以针对SPWM和SVPWM不同的调制方式,分别叠加不同的谐波抑制常数,可对谐波抑制常数进行整定,达到很好的5、7次谐波抑制目的。该谐波抑制方法实现简单、控制方便、不增加系统的硬件成本,能够精准对5、7次谐波进行抑制,并且不会影响和放大其他次谐波。
本实施例的方案是根据三电平光伏逆变器5、7次谐波产生的原理对应进行谐波抑制,三电平光伏逆变器的主回路拓扑图如图2所示。对于功率器件,因为开关过程中存在延时,所以当逆变器同一相桥臂的一个开关器件需要关断却没有关断,与之互补的器件开始导通时将造成逆变器桥臂直通而损坏器件。因此需要对互补的PWM脉冲驱动信号加入死区时间,以保证逆变器的安全稳定运行。
在控制系统中加入死区时间,在此期间内,期望输出的PWM脉冲的前沿和后沿会叠加或减少一段死区时间对应的脉冲宽度,将导致逆变器输出波形畸变,谐波增加。在如图2的三相三线制的系统中,死区效应引起的电流谐波中5、7次含量较大。
以某相桥臂为例,每个控制周期,叠加死区后与无死区系统相比,每个开关周期开关时间与理想指令时间相差一个死区的时间长度。相应的死区加入对逆变器控制的影响主要是由于其在理论计算脉冲宽度的基础上将实际交流端口电压的脉冲宽度偏移了一个死区的时间。因此,对应消除死区的控制系统的影响,进而消除系统5、7次谐波的影响,故本发明采用在理论计算出的脉冲宽度基础上叠加或减少相应的导通时间实现对5、7次谐波的抑制。本发明的构思方法简单有效。
若要增加开关管的导通时间,需要相应的增加脉冲有效宽度,因此可抬高三相调制波幅值,延长开关管导通时间。相反,可通过降低调制波幅值,缩短开关管导通时间。导通时间具体计算方法如下:
△uT=k×Td×fs
其中,k为谐波抑制常数(常数取1、2,其中,SPWM调制方式下取1,SVPWM调制方式下取2),Td为死区时间,fs为系统开关频率。
PWM是脉冲宽度调制,在电力电子领域,常用的整流和逆变电路,死区是为了防止上下两个管子直通出现短路的情况而设置的一个保护时间段,也就是说,当一个IGBT导通后关闭,再经过一段死区,这时才能让另一个IGBT导通。死区时间一般为2~5μs。对于一个三电平光伏逆变器,本领域技术人员可以获取死去时间。
以A相为例,设定交流电流为正方向时,当开关管T1、T3管脉冲指令均为关断状态下,由于加入死区的影响,将造成系统零电压时间延长Td,相应地将T1管导通时间在理论计算基础上延长Td即可,也就是向三相调制波中加△uT,抬升三相调制波。同理可得出其他状态下T1、T3管及T2、T4管脉冲宽度变化。
因此,5、7次谐波抑制即为在原始三相调制波ua,b,c的基础上,根据交流电流的方向,加入5、7次谐波控制算法,如下图3所示。采集的三相电网线电压经过不平衡锁相算法,可得出电网的相位θ。采集的交流电流经过正负序分离算法,可以得出电流的正负d、q轴反馈,负序d、q轴反馈。负序d、q轴指令给定为0。正序d、q轴给定也可由其他功能需要确定。电压外环的输出指令值作为电流内环的指令值,电流内环的指令值与反馈电流值的偏差经过PI运算,叠加中点电位平衡控制算法和5、7次谐波抑制控制算法,最终输出PWM脉冲。
图4、图5分别是一三电平光伏逆变器未加入和加入5、7次谐波抑制的并网电流波形图,可见,加入后并网电流波形抑制效果明显,波形更平滑。
综上所述,本发明的方法根据三电平光伏逆变器5、7次谐波产生的原理对应进行谐波抑制,能够准确灵活抑制不同情形下的产生的谐波。可以针对SPWM和SVPWM不同的调制方式,分别叠加不同的谐波抑制常数,达到很好的5、7次谐波抑制目的。该谐波抑制方法实现简单、控制方便、不增加系统的硬件成本,能够精准对5、7次谐波进行抑制,并且不会影响和放大其他次谐波。
实施例2。
内蒙一分布式光伏电站,现场5、7次谐波分量超标。通过添加实施例1的5、7次谐波控制算法,结果显示5、7次谐波得到有效抑制,没有引起其他的谐波的放大和总谐波的增加,达到很好的抑制效果。
本发明的谐波抑制方法可以针对SPWM和SVPWM不同的调制方式,分别叠加不同的谐波抑制常数,达到很好的5、7次谐波抑制目的。该谐波抑制方法实现简单、控制方便、不增加系统的硬件成本,能够精准对5、7次谐波进行抑制,并且不会影响和放大其他次谐波。
最后应当说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (4)

1.一种三电平光伏逆变器5、7次谐波抑制方法,其特征在于:在原始三相调制波中增加导通时间补偿得到新的调制波。
2.根据权利要求1所述的三电平光伏逆变器5、7次谐波抑制方法,其特征在于:在逆变器桥口输出电流大于等于零时,在原始三相调制波中加上导通时间得到新的调制波;否则在原始三相调制波中减去导通时间得到新的调制波。
3.根据权利要求1或2所述的三电平光伏逆变器5、7次谐波抑制方法,其特征在于:导通时间通过式(1)计算,
△uT=k×Td×fs……式(1);
其中,k为谐波抑制常数,取1或2;在SPWM调制方式下k取1,在SVPWM调制方式下k取2,Td为死区时间,fs为系统开关频率。
4.根据权利要求3所述的三电平光伏逆变器5、7次谐波抑制方法,其特征在于:抑制过程具体如下:
S1,在三电平光伏逆变器启动工作后,实时监测逆变器桥口输出电流;
S2,判断逆变器桥口电流是否大于等于零,如果是,则进入步骤S3,否则进入步骤S4;
S3,对原始三相调制波增加导通时间得到新的调制波,然后进入步骤S5;
S4,对原始三相调制波减少导通时间相减得到新的调制波,然后进入步骤S5;
S5,以新的调制波作为输出。
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