文摘

太阳能光伏(PV)电厂是一种有效的利用可再生能源的方法。EMI的光伏电站的主要担忧。通常,多级逆变器被用于高压光伏电站。然而,传统的多级逆变器需要更多的半导体,这复杂的电路结构和控制算法。本文介绍了一种新型五级逆变器高压光伏电站的应用程序。逆变器的模型进行了分析。冗余切换状态,提出了一种新的调制策略减少共模电压和EMI。该方法能够消除共模电压;与此同时平衡电容电压的能力。与Matlab / Simulink cosimulation测试功能。 The results verify the effectiveness of the proposed method.

1。介绍

太阳能光伏发电厂最近吸引了全世界的关注。通常,多级逆变器应用于高压光伏电站(1- - - - - -4),主要是由于高压功能,开关频率低、低功率损失(5,6]。经典的多电平拓扑结构包括二极管夹,电容器,级联h桥转换器(7- - - - - -12]。然而,这些类型的转换器产生共模电压(CMV),这可能引起地面泄漏电流,以及电磁干扰(EMI)。和EMI的主要担忧之一在光伏电站应用程序(13- - - - - -16]。降低EMI,许多有趣的方法已报告文学。例如,减少巨细胞病毒中讨论了级联转换器(17- - - - - -19]。巨细胞病毒减少策略中性点固定拓扑已报告在20.- - - - - -22]。至于其他类型的多级转换器,空间矢量调制(SVM)四级逆变器提出了减少巨细胞病毒的(23和一个五级逆变器提出了24]。不幸的是,电容电压的平衡不被认为是在上述调制策略。实际上,电容电压的平衡的一个关键问题在多级转换器7,25]。因此,调制策略,能够消除巨细胞病毒和电容电压平衡需要进一步调查。

本文的目标是展示小说的建模和分析光伏电站的5级逆变器应用程序。剩下的纸是组织如下。部分2介绍了系统工作原理的分析。提出的策略是在部分讨论3。模拟接口和结果部分所示4。最后,结论部分给出了5。

2。分析新的五级逆变器

2.1。5级逆变器操作的小说

这部小说五级逆变器,如图1,结合飞电容逆变器和中性点夹逆变器提出了(26]。确保等距的步骤的输出电压,电容器 和 ( )被指控 和 是带电的 。 直流母线电压。如表所示1,相电压 , 0, , 关于中点 直流环节的相对应的开关状态 。

表1
5级逆变器的开关状态。

图1
这部小说五级逆变器的示意图。
2.2。5级逆变器共模电压的小说

相电压和开关状态之间的关系可以表示如下:

巨细胞病毒是

可以被定义为

和转换生成的巨细胞病毒状态可以表示为

根据(4)、巨细胞病毒可以计算出所有的开关状态。表2显示开关状态的数量对应于每个巨细胞病毒;例如,19日切换状态使巨细胞病毒零。切换状态,使零巨细胞病毒如表所示3,在那里

表2
巨细胞病毒和开关状态。
表3
开关状态与零巨细胞病毒。

图2展示了19个开关状态,生成零巨细胞病毒开关状态在空间矢量图是对称的。开关状态可以转化为不同行业地区。例如,开关状态(01-1),(-110),(-101),(划分)和(1 - 10)可以转化为(- 1)在地区我使用对应的角。因此,没有考虑电容器的电压平衡时,逆变器可以正常操作采用开关状态和选择合适的开关序列。


图2
5级逆变器的空间矢量图。

3所示。提出了策略

3.1。调制策略

巨细胞病毒不能被消除在传统舰载调制提出了(6),这是因为不同的开关状态产生不同的巨细胞病毒。例如,当给定的参考落入阴影三角形图2三种开关状态的,只有一个,即(10 - 1),与零巨细胞病毒;然而与传统调制巨细胞病毒不能保持为零。

图3(一个)展示了三级空间矢量图和图3 (b)图是一样的吗2旋转30度。有27个切换状态和7冗余切换状态图3(一个)冗余切换状态的操作类似于合成参考矢量。因此,不管冗余状态切换,开关工作状态的数量是19日,也就是五级开关状态与零巨细胞病毒。换句话说,有相应的三级开关状态和五级开关状态之间的关系与零巨细胞病毒如表所示4。例如,开关状态(20-2)与零巨细胞病毒是一个五级空间矢量图对应于(200)在一个三级图中开关状态,同样的开关状态(10 - 1)五级图中相应的开关状态(211)或(100)在一个三级图。

表4
三级开关状态和五级开关状态之间的关系。
(一)
(一)
(b)
(b)
图3
空间矢量图:(a)三个层次和(b)五水平(CMV = 0)。

表4展示了三级切换之间的关系状态和五级开关状态与零巨细胞病毒。这个特性导致三级调制策略采用表4用于5级逆变器而实现零巨细胞病毒。

达到三级的调制策略,有空间矢量调制和舰载调制。由于复杂的计算和实现空间矢量调制,使用舰载调制。

应该注意的是,实现零巨细胞病毒的电容电压平衡。以下部分将提供一个策略在每个阶段电容电压平衡。

3.2。电容电压平衡策略

电容器电压 和 应该保持在1/4的直流总线电压( / 4)和 应该保持在3/4的直流总线电压 确保正确操作的五级逆变器。飞行电容器的电压偏差的定义是飞电容电压和给定的值之间的差异,这可以表示为 在哪里 , , 是电容器电压和 , , 电容电压的偏差。电容器电压可以通过控制平衡的绝对值偏差电压接近于零。

开关状态( )~ ( )会影响当前流入飞电容和可以改变电容器电压充电或放电。带开关状态 作为一个例子,当 ,电容器 是带电的,什么时候 ,电容器 是出院。

电容电压平衡策略可以定义如下:(我)开关状态 是用来控制电容器电压 和 。(2)开关状态 是用来控制电容器电压 和 。(3)开关状态 是用来控制电容器电压 和 。

控制方法如表所示的细节5,6,7。

表5
电容电压的控制表: 。
表6
电容电压的控制表: 。
表7
电容电压的控制表: 。
3.3。与PWM集成电容电压平衡方案

上述电容电压均衡方法可以很容易地结合提出零巨细胞病毒调制策略。集成的原理图如图4。这个过程包括以下步骤:(1)首先,三级开关状态由dual-carrier-based PWM生成方案。(2)根据表4,五级切换状态对应三级开关状态可以确定小说五级逆变器零巨细胞病毒。(3)最后,可以通过使用电容电压平衡控制表的表5,6,7并考虑相电流的方向 。


图4
这部小说五级逆变器的控制图。

4所示。模拟接口和结果

与Matlab / Simulink cosimulation s函数实现来验证该方法的有效性,如图5。仿真参数表中列出8。在仿真软件环境中,每个系统组件的模型框图表示,和线框图表示信号流的方向。从整个系统的角度来看,动态仿真模块是快速和方便。然而,对于一些复杂和冗长的程序代码,它是不适合与模块化。这就是为什么s函数用于仿真界面。cosimulation系统是非常有用的解决需求的仿真和实现复杂的多电平逆变器系统。

表8
仿真参数。

图5
Matlab / Simulink和s函数cosimulation。

图6显示5级逆变器的性能与传统,提出了调节。行了行了电压总谐波失真与传统调制是17.32%,巨细胞病毒不能被消除,不同的范围内 / 6和 / 6。而行了行电压总谐波失真与提出的调制是37.41%,然而,巨细胞病毒可以有效地消除。应该注意的是,像其他调制策略对于减少共模电压,电压(THD会更高。然而,它主要由高频组件。所以THD和输出滤波器可以减少,如图7。

(一)传统的调制方法
(一)传统的调制方法
(b)提出的调制方法
(b)提出的调制方法
图6
仿真结果不同的调节。

图7
仿真结果从一半满负载。

评估拟议中的调制的动态性能,从半负载阶跃变化到满载研究 年代,如图7。飞行电容器的电压可以保持在名义值和巨细胞病毒可以在零阶跃变化前后保持不变。

为了验证提出的控制策略的性能并没有提出控制,仿真测试执行,如图8。在这种情况下,该控制器启用, 年代,控制器是禁用;然后控制器在被重新激活 年代。从图可以看出8控制器失效时,电容电压偏离和巨细胞病毒变得更大。然而,当控制器重新激活时,电容电压开始收敛和巨细胞病毒迅速趋于0,验证该控制策略的有效性。


图8
仿真结果和没有提出控制器。

5。结论

小说的建模和分析光伏电站的5级逆变器应用程序已经被提出了。可以消除共模电压通过选择特定的开关状态。同时,飞行的平衡电容电压可以用一个简单的控制策略来实现。相比传统的解决方案,我们的建议减少的数量计算,简化了实现,因此是很有吸引力的光伏电站应用,EMI的主要问题。应该指出的是,本文主要侧重于巨细胞病毒和减少EMI五级逆变器的光伏电站。翻译的MPPT和其他光伏电站的问题是未来研究的主题。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是由河北省杰出青年科学基金(E2016203133)和中国博士后科学基金会(2015 t80230)。