基于變載波spwm方法的直流電壓紋波補償系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及基于變載波SPWM方法的直流電壓紋波補償系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002] 隨著電力電子技術不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)中電力電子變換器滲透率日益增高，特 別是多電平DC/AC變換器具有諧波少、耐壓高、開關應力小、電磁干擾（Electromagnetic Interference, EMI)少等優(yōu)勢，廣泛應用于高壓直流輸電、分布式發(fā)電及微網(wǎng)領域的交直流 變換場合。特別是T型三電平拓撲，相比于傳統(tǒng)的NPC三電平拓撲，具有導通損耗小，空間 體積小，保護簡單等優(yōu)點，在一定的功率等級和開關頻率下，較NPC三電平拓撲有著更高的 能量密度和更高的效率，因此逐漸成為市場主流。
[0003] 然而針對T型三電平DC/AC變換器的傳統(tǒng)SPWM調制技術通常假設直流側電壓為 恒壓源，當實際應用中直流側接非線性時變負載、交流側接三相不平衡負載、交直交系統(tǒng)整 流端接弱電網(wǎng)或三相不平衡電網(wǎng)等時，直流側電壓會產(chǎn)生紋波畸變，在直流側等效阻抗上 產(chǎn)生紋波電流，將造成交流側并網(wǎng)電壓不平衡、疊加難以濾除的低次諧波分量等，降低發(fā)電 功率和并網(wǎng)電能質量，威脅電網(wǎng)及負荷安全運行。
[0004] 因此針對T型三電平DC/AC變換器直流紋波對交流系統(tǒng)電能質量的影響，研宄一 種簡單有效的解決方法意義重大。
【發(fā)明內容】
[0005] 為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種基于變載波SPWM方法的直流電壓紋波補償 系統(tǒng)及方法，本系統(tǒng)考慮了實際T型三電平DC/AC變換器直流側電壓紋波，通過前饋算法實 時修正SPWM調制波，補償紋波電壓對交流側的影響，可以實現(xiàn)T型三電平DC/AC變換器對 較寬頻率范圍內直流紋波的免疫，明顯改善直流紋波條件下交流側電能質量。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：
[0007] -種基于變載波SPWM方法的直流電壓紋波補償系統(tǒng)，包括并聯(lián)的三相橋臂，每相 橋臂包括兩個串聯(lián)的IGBT管，各相橋臂的IGBT管的連接處引出兩條支路，一條支路包括兩 個方向不同的串聯(lián)的IGBT管，另一條支路經(jīng)濾波器與電阻連接；在并聯(lián)的各橋臂輸入端接 入輸入兩個獨立電壓源；所述獨立電壓源的幅值相同，分別并聯(lián)有一個電容，兩個獨立電壓 源的連接點處同時連接三相橋臂的兩個方向不同串聯(lián)的IGBT管的一端，所有IGBT管均由 控制電路驅動。
[0008] 所述濾波器為LC濾波電路，且其中的電容公共端接地。
[0009] 所述控制電路包括保護電路、驅動電路、采樣調理電路，采樣調理電路連接DSP模 塊，DSP模塊與保護電路雙向通信，DSP模塊連接驅動電路，驅動電路輸出PWM信號驅動橋臂 中IGBT管的開通與關斷。
[0010] 所述采樣調理電路采集輸入電壓源的直流電壓、直流電流、濾波器輸出的三相電 壓值大小。
[0011] 基于上述直流電壓紋波補償系統(tǒng)的調制方法，具體步驟包括：
[0012] (1)周期相同的三角載波1和U。2對稱分布于調制波的正負半波，通過與調制波 Ux ref (X = a，b，或c)比較，得出所需要的PWM信號；
[0013] (2)給與各相橋臂的上橋臂的IGBT管控制信號：幅值為單位1的三角載波11()先 乘以直流側上電容電壓的實時值，再除以上端獨立電壓源并聯(lián)的電容兩點間直流側電壓 直流分量，得到修正的三角載波u el，1與U x 比較得到的信號給予各相橋臂的上橋臂的 IGBT管；另外，將該信號的互補信號傳輸給兩個方向不同串聯(lián)的IGBT管中靠近上橋臂的 IGBT 管；
[0014] (3)給與各相橋臂的下橋臂的IGBT管控制信號：幅值為單位1的三角載波仏2。先 乘以直流側上電容電壓的實時值，再除以下端獨立電壓源并聯(lián)的電容兩點間直流側電壓 直流分量，得到修正的三角載波υ?，1與Ux 比較得到的信號給予各相橋臂的下橋臂的 IGBT管；將該信號的互補信號傳輸給兩個方向不同串聯(lián)的IGBT管中遠離下橋臂的IGBT 管；
[0015] (4)將得到的PWM信號送到驅動電路。
[0016] 本發(fā)明的有益效果是：
[0017] 1、該方法通過修正開關函數(shù)，大幅抑制了傳統(tǒng)調制方法下直流紋波引起的T型三 電平變換器三相交流側低次諧波、三相不平衡等，改善了輸出電能質量；
[0018] 2、該方法可以減小直流側電容設計容量、減小交流側濾波器設計容量，節(jié)約T型 三電平變換器成本；
[0019] 3、該方法可以實現(xiàn)對直流側紋波影響的免疫，保證三相負載在直流畸變條件下正 常運行；
[0020] 4、該方法對于直流側兩電容電壓畸變不一致情況依然適用；
[0021] 5、該方法僅需修改兩路載波信號，計算量小，應用簡單，實用性強；
[0022] 6、該方法僅需變換器本地電氣信息，適用于多臺同時運行的情況，提高T型三電 平變換器的大規(guī)模應用前景。
【附圖說明】
[0023] 圖1為T型三電平變換器結構圖；
[0024] 圖2a為T型三電平變換器采用傳統(tǒng)SPWM的調制波、載波波形；
[0025] 圖2b為T型三電平變換器采用傳統(tǒng)調制方法的PWM波形、輸出濾波波形；
[0026] 圖3為T型三電平變換器采用傳統(tǒng)SPWM在直流電壓畸變情況下輸出波形畸變的 原理圖；
[0027] 圖4為T型三電平變換器采用傳統(tǒng)SPWM調制的單相PWM波形、單相輸出濾波波形、 三相輸出濾波波形、直流側兩獨立電壓源電壓同時畸變10%波形；
[0028] 圖5為T型三電平變換器采用傳統(tǒng)SPWM調制的單相PWM波形、單相輸出濾波波形、 三相輸出濾波波形、直流側兩獨立電壓源電壓分別畸變10%、20%波形；
[0029] 圖6為本發(fā)明控制系統(tǒng)結構圖；
[0030] 圖7為本發(fā)明補償直流電壓紋波對輸出波形影響的原理圖；
[0031] 圖8a為T型三電平變換器采用本發(fā)明方法的調制波、載波波形、直流側兩獨立電 壓源電壓同時畸變10%波形；
[0032] 圖8b為T型三電平變換器采用本發(fā)明方法的單相PWM波形、單相輸出濾波波形、 三相輸出濾波波形、直流側兩獨立電壓源電壓同時畸變10%波形；
[0033] 圖9a為T型三電平變換器采用本發(fā)明方法的調制波、載波波形、直流側兩獨立電 壓源電壓分別畸變10 %、20 %波形；
[0034] 圖9b為T型三電平變換器采用本發(fā)明方法的單相PWM波形、單相輸出濾波波形、 三相輸出濾波波形、直流側兩獨立電壓源電壓分別畸變10%、20%波形；
[0035] 圖10為T型三電平變換器的控制電路圖。
【具體實施方式】
[0036] 下面結合附圖與實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0037] 圖1為T型三電平變換器結構圖，主電路為T型三電平變換器，兩幅值相同獨立輸 入電壓分別與直流側兩電容相連，使得變換器不受中點平衡問題影響，直流側電容中點連 接各項橋臂的兩個方向不同IGBT管的一端，濾波器為LC濾波器。系統(tǒng)輸出端與負載或電 網(wǎng)相連。
[0038] 信號調理電路將霍爾傳感器測得的相關信號進行調理，得到采樣電路可以接收的 模擬信號。AD轉換器的采樣與轉換由D