中点箝位型三电平逆变器的优化调制策略研究

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三电平中点箝位型(Neutral Point Clamped,NPC)逆变器相比于两电平逆变器,电流输出质量高,开关管电压应力小,在光伏发电中得到了广泛应用。然而,NPC逆变器应用在光伏系统中仍会存在一些问题。首先,NPC逆变器在运行过程中直流侧中点电位会出现不平衡,引起电流的谐波增加和开关管的应力不均。另一方面,三电平逆变器的高频共模电压将会通过光伏电池板的对地电容形成漏电流,危害人身安全和系统绝缘。因此,针对三电平NPC光伏逆变器,本文进行了如下的研究工作:(1)分别从空间矢量调制与层叠载波调制两个角度分析三电平NPC逆变器的调制原理,并对NPC逆变器的共模电压和中点电流进行建模。针对逆变器在运行过程中的中点电压低频波动与中点电压偏置两种不平衡工况,对常规三电平调制策略的中点平衡能力进行评估。(2)针对大功率NPC光伏逆变器的漏电流和中点电压不平衡问题,提出了一种多目标优化的单调制波策略。在反相层叠载波基础上注入特定零序分量,降低了共模电压幅值和频率,增强了逆变器的漏电流抑制能力;通过零序分量切换调节中点电流,平衡中点电位。并通过实验验证了所提调制策略的可行性与有效性。(3)针对高频NPC光伏逆变器,本文提出了一种兼顾漏电流消除和中点电压平衡的调制策略。该调制策略包含三种基于反相层叠双调制波的调制模式,将开关周期内的共模电压维持在恒定值,从而有效消除漏电流。并通过选择最优调制模式调节中点电流。通过实验验证,该调制策略能有效消除漏电流和中点电压偏差。(4)针对三相四线制NPC逆变器的中点平衡,本文提出了一种基于同相层叠载波的调制策略。当中点不出现明显波动时,使用正弦载波调制;当中点出现不平衡时,将正弦波分解为双调制波修正中点箝位时间,无需零序分量即可调节中点电流。通过双调制波相的优化选择,减小了双调制波额外开关动作造成的开关损耗。通过实验验证,该策略在不同调制比、功率因数及不对称工况下都有良好的中点平衡能力。
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