Shepwm調制的多臺t型三電平逆變器的零序環流抑制系統及方法
【技術領域】
[00011 本發明涉及一種SHEPWM調制的多臺T型三電平逆變器的零序環流抑制系統及方 法。
【背景技術】
[0002] 隨著國家對新能源的重視程度不斷增加，光伏產業近幾年發展非常迅速，在低壓 可再生能源發電系統中，多電平逆變器得到了越來越廣泛的研究和使用。其輸出交流電壓 有較低的dv/dt，較低的諧波畸變率，相比傳統兩電平逆變器有較低的器件開關應力，并可 進一步降低開關器件的電壓等級。三電平逆變器的拓撲結構如中點鉗位型(NPC)、飛跨電容 型和級聯H橋型等，其中NPC型使用最為廣泛，并以此為基礎出現了諸多改進拓撲，特別是近 來提出的T型拓撲。
[0003] 單臺T型三電平逆變器的功率受到器件額定功率等因素的限制，使得面對大功率 應用場合時，單臺T型三電平逆變器會不能滿足要求。對于大功率應用如電機驅動、微電網、 分布式發電系統等，逆變器并聯是簡單有效的方法。逆變器并聯通常采用相互隔離的直流 母線，或利用變壓器產生隔離的交流母線，以切斷零序環流的流通路徑，達到并聯運行目 的。但這種硬件隔離的方法會增加系統成本和體積。共交直流母線的并聯方法能極大程度 減小系統開銷，但相應的也會產生零序環流通路，零序環流如果不加以抑制，會產生極大的 輸出電流畸變，并帶來無功和諧波損耗，嚴重影響系統運行的穩定性，甚至會給逆變器帶來 損壞。
[0004] 目前已有多種逆變器并聯運行的方法。視逆變器控制與調制的方法不同，相應的 環流抑制的方法也不相同。逆變器的調制有多種方法如正弦脈寬調制（SPWM)，空間矢量調 制(SVPWM)，特定諧波消除法(SHEPWM)等。其中SHEPffM相對于SPffM和SVPffM具有開關頻率小， 開關損耗低，控制簡單，軟件開銷小的優點;在特定諧波抑制方面，SHEPffM有顯著的優點。這 些特點使SHEPffM特別適合大功率應用。傳統的SHEPffM調制的并聯逆變器零序環流抑制的方 法有控制零矢量和小矢量的方法，但這種方法提高了逆變器的開關頻率。在盡可能保持 SHEPffM優點的情況下，最大可能的抑制零序環流，對SHEPffM調制的T型三電平逆變器并聯系 統意義重大。
【發明內容】
[0005] 本發明為了解決上述問題，提出了一種SHEHVM調制的多臺T型三電平逆變器的零 序環流抑制系統及方法，本發明能夠很好的提尚系統性能，有效抑制并聯系統環流。
[0006] 為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：
[0007] 一種SHEP麗調制的多臺T型三電平逆變器的零序環流抑制系統，包括脈沖信號發 生器、控制器、開關角控制器和T型三電平逆變器并聯系統，其中，T型三電平逆變器并聯系 統，包括多個并聯的T型三電平逆變器，所有T型三電平逆變器共用交直流母線，且所有T型 三電平逆變器直流側分裂電容的中點相連，所有T型三電平逆變器的交流側經過濾波器濾 波后并聯連接；
[0008] 所述脈沖信號發生器產生脈沖信號，發送給每個τ型三電平逆變器，所述控制器通 過SHEPWM調制方式控制T型三電平逆變器并聯系統的開關器件的開斷，所述開關角控制器 控制每個T型三電平逆變器的開關角，切斷零序環流各個頻率分量通路。
[0009] 所述T型三電平逆變器，包括并聯的三相橋臂，每相橋臂包括兩個串聯的IGBT管， 各相橋臂的中點一側串聯兩個方向不同的IGBT管，另一側經濾波器與負載或電網連接;在 并聯的各橋臂輸入端接入輸入電壓源;每臺逆變器輸入直流側并聯有兩組電容，兩組電容 連接處連接各相橋臂的兩個方向不同IGBT管的一端，各個IGBT管均由控制信號驅動。
[0010] 優選的，所述控制器為解耦控制器，驅動T型三電平逆變器的每個IGBT管。
[0011]優選的，所述T型三電平逆變器并聯系統采用不同的開關角。
[0012]所述濾波器為電感。
[0013] -種SHEP麗調制的多臺T型三電平逆變器的零序環流抑制方法，具體包括：多臺T 型三電平逆變器采用不同的開關模式，即多臺T型三電平逆變器的SHEPWM計算出的開關角 不完全相同，根據要求的開關角的個數N及T型三電平逆變器的臺數p，聯立pXN個方程求解 出開關角，使得每臺T型三電平逆變器每四分之一周期中仍然有N個開關角，控制基波幅值 以及N-I個諧波幅值，每臺T型三電平逆變器都根據給定基波調制比M產生相同的基波分量 后，保證各臺T型三電平逆變器具有(N-I)個自由度，消除(N-I)個諧波。
[0014]具體的，計算每臺T型三電平逆變器的SHEP麗開關角時，要考慮消除（3+6n)次諧 波，η = 0，1，2…，要消除零序環流中m個分量，就增加 p X m個方程和p X m個未知數，相應的每 臺T型三電平逆變器增加 m個開關角，系統整體增加2m個開關角。
[0015]優選的，每臺T型三電平逆變器m個開關角都用來切斷零序環流各個頻率分量通 路，保證環流抑制效果。
[0016] 優選的，則P-I臺逆變器增加的m個開關角用來切斷零序環流各個頻率分量通路， 剩余一臺逆變器增加的m個開關角用來消除交流母線上更多的諧波，保證交流母線電能質 量。
[0017] 本發明的有益效果為：
[0018] (1)在同樣開關頻率下，和傳統方案相比，本發明可以在交流側公共連接點出消除 更多低次諧波;在交流側要求同樣諧波消除效果的情況下，本發明比傳統方案開關次數更 低，開關損耗更小；
[0019] (2)本發明可以對逆變器之間零序環流進行有效抑制，增強三電平逆變器并聯運 行的穩定性，提高系統整體運行的效率；
[0020] (3)本發明無需增加額外器件和控制算法，只需要更改系統中預存的SHEPffM開關 角度，簡單易行。
【附圖說明】
[0021] 圖1為多臺T型三電平逆變器并聯系統拓撲圖；
[0022]圖2為兩臺T型三電平逆變器并聯系統拓撲圖；
[0023]圖3為三電平逆變器拓撲圖；
[0024] 圖4為T型三電平逆變器SHEP麗的典型波形；
[0025] 圖5(a)為方法一下第一臺逆變器的輸出線電壓的仿真結果；
[0026]圖5(b)為方法一下第一臺逆變器的輸出線電壓仿真結果的FFT分析；
[0027]圖6(a)為方法一下第二臺逆變器的輸出線電壓的仿真結果；
[0028]圖6(b)為方法一下第二臺逆變器的輸出線電壓仿真結果的FFT分析；
[0029] 圖7(a)為方法一下并聯逆變器輸出公共連接點處線電壓的仿真結果；
[0030] 圖7(b)為方法一下并聯逆變器輸出公共連接點處線電壓仿真結果的FFT分析；
[0031] 圖8(a)為方法一下并聯逆變器交流母線A相電流波形的仿真結果；
[0032] 圖8(b)為方法一下并聯逆變器交流母線A相電流波形仿真結果的FFT分析；
[0033] 圖9(a)為方法一下并聯逆變器沒有抑制環流的仿真結果；
[0034] 圖9(b)為方法一下并聯逆變器采用本發明的環流抑制方法后的仿真結果；
[0035] 圖10(a)為方法二下第一臺逆變器的輸出線電壓的仿真結果；
[0036]圖10(b)為方法二下第一臺逆變器的輸出線電壓仿真結果的FFT分析；
[0037]圖11(a)為方法二下第二臺逆變器的輸出線電壓的仿真結果；
[0038]圖11(b)為方法二下第二臺逆變器的輸出線電壓仿真結果的FFT分析；
[0039] 圖12(a)為方法二下并聯逆變器輸出公共連接點處線電壓的仿真結果；
[0040] 圖12(b)為方法二下并聯逆變器輸出公共連接點處線電壓