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验证全桥逆变器双Buck型调制研究系统的正确性

2013-10-14 17:23:26 来源:电源网|0 点击:1332

$全桥逆变器双Buck型调制,不增加拓扑结构复杂程度,保留了双降压$半桥逆变器(DBHBI)无桥臂直通的优点,克服了直流电压利用率低等缺点。采用电流瞬时值反馈SPWM控制策略,给出了该双Buck型调制工作的原理,分析了其实现方法,通过仿真和实验验证了系统的正确性。

1 引言

随着可再生能源在世界范围内的发展,$逆变器系统作为新能源与电网的接口设备越来越受到关注,提高开关频率和实现高效率是目前研究的主要方向。全桥双Buck型控制模式在不增加拓扑结构复杂程度基础上,克服了传统桥式逆变器存在的桥臂直通问题,避免了加入死区造成输出波形的畸变现象,具有高可靠性。工作在单极性调制方式下,输出波形的谐波含量较小。

2 并网逆变器的系统原理

2.1 系统结构

并网逆变器系统结构如图1所示。直流侧输入电压为350 V,由$太阳能光伏阵列经DC/DC升压电路获得。逆变桥输出经滤波器和并网开关S连接到电网上。当S闭合时,逆变器输出与电网连接,负载上的电压由电网维持,并网功率的大小由并网电流决定。系统的控制算法由TMS3 20LF2808型DSP实现,当捕捉引脚检测到电网电压正向过零点时,启动内部并网控制算法程序,实现对电网频率的锁相跟踪,并经过运算,产生逆变器并网运行所需要的驱动信号,控制逆变器的开关动作,使逆变器实现单位功率因数并网运行。

 

 

2.2 双Buck型调制模式的工作原理

双Buck型调制模式不仅具有半桥型逆变器无需设置死区时间的优点,而且解决了传统半桥逆变器(CHBI)因加入死区而引起的输出波形畸

变问题,上述内容中提到的双极性的缺点在该方案中也不存在,而且每半个周期内只有一个开关管在高频斩波,在一定程度上减小了开关损耗,提高了逆变器效率。

双Buck型调制模式即每半个周期的工作情况都类似于一个Buck电路,工作原理简单描述为:

(1)电感电流为正方向时,VS1开通,VS2,VS3关断,VS4斩波。当VS4开通时,VS1,L1,L2,RL,VS4构成闭合回路;当VS4关断时,VS1,L1,L2,RL,VD3构成闭合回路,电路通过VD3续流。

(2)电感电流为负方向时,VS3开通,VS1,VS4关断,VS2斩波。当VS2开通时,VS3,RL,L1,L2,VS2构成闭合回路。当VS2关断时,VS1,L1,L2,RL,VD1构成闭合回路,电路通过VD,续流。

2.3 调制方案

逆变器并网目标是逆变器输出高质量的正弦电流,使其与电网电压同频同相位。电流控制方法一般采用电流瞬时值SPWM控制方式和电流滞环控制方式。前者是将与电网电压同频同相的基准信号iref与实际电感电流反馈信号iL进行比较,其差值经PR调节后与三角波(或锯齿波)进行比较,从而输出SPWM驱动信号。与电流滞环控制方式相比,电流瞬时值SPWM控制方式具有固定的开关频率,因此网侧输出滤波电感设计相对容易。

 

 

双Buck型调制模式属于单极性调制,相对于双极性调制,该方法调制谐波分量小,易于消除,开关损耗小。这里采用电流瞬时值反馈SPWM控制策略,其调制原理如图2所示。

3 仿真与实验

此处利用PSIM软件对电路进行仿真,其中Udc=350 V,ug为220V/50 Hz,额定功率P=2 kW,参考电流iref=12.86A,开关频率fs=20 kHz。L1=1.2 mH,L2=0.22 mH,C=2μF。图3为仿真波形。

 

 

由图3a可知,该调制方案输出的电网电流波形质量较好,达到了并网要求。由图3b可知,在iL为正方向时,VS1,VS4调制工作,VS2,VS3关断;iL为负方向时,VS2,VS3调制工作,VS1,VS4关断。仿真结果实现了双Buck型调制,验证了理论分析的正确性。

根据以上分析和仿真,进行对比实验验证。全桥功率模块采用光伏逆变器专用模块V23990-P897-E-PM。实验波形如图4所示。

 

 

由图可见,控制逻辑很好地实现了电流方向的检测和驱动信号的形成。

4 结论

双Buck型调制具有以下特点:①保留了双降压半桥逆变器无桥臂直通的优点;②克服了直流电压利用率低的缺点,适合高压的输入场合;③其桥臂输出为谐波含量小的单极性调制波;④其输入侧不再像半桥型逆变器那样需要2个大电容进行分压。

通过电路分析和仿真、实验,验证了该SPWM控制的双Buck型调制逆变器方法的正确性和可行性。基于以上优点考虑该方式适用于对逆变器可靠性要求高的场合。


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