SVPWM和DPWMA调制方式下逆变器损耗仿真研究.pdf
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1、wwwele169com|37实验研究SVPWM 和 DPWMA 调制方式下逆变器损耗仿真研究焦静静1,谢宏伟2(1.无锡科技职业学院,江苏无锡,214000;2.上汽大通有限公司无锡分公司,江苏无锡,214000)摘要:从提高光伏逆变器的效率和降低成本出发,本文对比研究了光伏逆变器SVPWM和DPWMA两种调制方式的工作原理和实现方式,重点分析了两种调制方式下功率器件的开关损耗,同时设计了一种损耗仿真模型,针对各种工况进行仿真,仿真结果表示,相比于SVPWM,DPWMA调制方式有效降低了功率器件的开关损耗,为系统设计提供有效数据。关键词:SVPWM;DPWMA;损耗;仿真模型0 引言在碳达峰
2、、碳中和目标指引下,太阳能等可再生能源迎来了新的机遇和挑战。光伏逆变器作为光伏并网发电的关键一环,行业态势向高效率和低成本发展。传统光伏逆变器的调制方式有正弦脉宽调制(SinusoidalPulseWidthModulation,SPWM)和空间矢量脉宽调制(SpaceVectorPulseWidthModulation,SVPWM)。SPWM 的调制原理是生成由正弦调制波和三角载波相交的脉冲宽度,其原理简单,易于实现,但直流电压利用 率 低。区 别 于 SPWM,SVPWM 解决了直流电压利用率低的问题,同时降低了输出电压谐波畸变率。SPWM 和 SVPWM 均 为 连续 脉 宽 调 制(C
3、ontinuousPulseWidthModulation,CPWM),这些调制方式使得功率器件频繁连续地开关,增加了逆变器的损耗和热应力,影响了逆变器的效率和散热成本,不利于逆变器向行业态势发展。相比于 CPWM,不连续脉宽调制(DiscontinuousPulseWidthModulation,DPWM)在任意时刻仅有两相功率器件动作,第三相箝位在特定的电平,这种调制方式减少了功率器件的开关次数,从而降低了开关管的损耗,以此达到光伏逆变器提高效率和降低散热成本的目的,将 DPWM调制方式应用到逆变器中也成为新的研究热点。为研究不同工况下 SVPWM 和 DPWM 调制方式下损耗差别,本文基
4、于PSIM 设计了一种光伏逆变器逆变端的损耗预测仿真模型,该模型可以快速得到功率器件的损耗,为工程师设计散热方式提供数据,加快设计效率。1 SVPWM 基本原理与实现光伏逆变器逆变端常用的拓扑有 T 型三电平和 I 型三电平,为了适应更高的系统电压场合,I 型三电平因其功率器图 1I 型三电平逆变器拓扑结构(a)空间矢量图 (b)开关序列图图 2 SVPWM 调制方式示意图38|电子制作2023 年 7 月实验研究件串联分担母线电压从而得到广泛应用,其拓扑结构如图 1所示。以 A 相为例,母线电压为 Vbus,当开关管 Q1a、Q2a导通,Q3a、Q4a关断时,输出电压为/2dcU+,定义电路
5、状态P状态;当开关管 Q2a、Q3a导通,Q1a、Q4a关断时,输出电压为 0,定义电路状态 O 状态;当开关管 Q3a、Q4a导通,Q1a、Q2a关断时,输出电压为-/2dcU,定义电路状态 N 状态。三电平逆变器输出共有 27 个状态,以 60划分区域,分为扇区、,每个大扇区又可分为4小扇区,分别用 A、B、C、D 表示。其空间矢量图如图 2(a)所示。以扇区为例,当参考电压矢量 Vref 在区域 A 时,功率器件开关序列为七段式 POOPONPNNONNPNNPONPOO如图 2(b),Ts代表采样周期。SVPWM 算法实现可以按照零序分量注入三相原始调制信号中,ua、ub、uc为原始调
6、制信号,uz为零序分量,表达式分别为:()()()*sin sin2/3 sin2/30.5aaazbbbzccczzmaxminuMtuuuuMtuuuuMtuuuuuu=+=+=+=+=+式中 umax、umin为相电压最大值和最小值。2 DPWM 基本原理与实现DPWM 是在 SVPWM 的基础上舍弃了一个冗余小分量的开关序列,当各扇区箝位相及箝位电平不同,产生了多种DPWM 策略,主要有:DPWM0、DPWM1、DPWM2、DPWM3、DPWMA、DPWMB。其中 DPWMA 策略共模电压低、输出电能质量好,因此适合在光伏逆变器中应用,其空间箝位模式分布图如图 3(a)所示。同样以扇区
7、为例,当参考电压矢量 Vref 在区域 A 时,舍弃了 ONN 小分量,功率器件开关序列为五段式 POOPONPNNPONPOO如图 3(b)。参考现有 SVPWM 的零序电压注入PWM调制方式,DPWMA 也可将零序分量注入三相原始调制信号中,零序电压 uz可以表示为:()0.5zdmaxdmaxusign uu=式中,,dadadbdbdmaxdbdbdadcdcdcdadbuuuuuuuuuuuuu=0.50,0.50 xxdxxxuuuxa b cuu=+。3 损耗分析功率器件 IGBT 的损耗主要分为导通损耗和开关损耗,导通损耗指的是IGBT在导通过程中饱和压降和电流的乘积。开关损耗
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