《電子技術(shù)應(yīng)用》
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簡(jiǎn)化的SVPWM算法在三電平光伏系統(tǒng)中的應(yīng)用
來源：電子技術(shù)應(yīng)用2014年第3期
薛家祥,，馬前進(jìn)，鄭照紅，廖天發(fā)
（華南理工大學(xué) 機(jī)械與汽車工程學(xué)院,，廣東 廣州510640）
摘要： 傳統(tǒng)的空間電壓矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）計(jì)算量大，精度低,，而如今大多數(shù)研究都需中點(diǎn)平衡控制策略,。運(yùn)用一種簡(jiǎn)化三電平SVPWM算法，把空間矢量平面的每個(gè)大區(qū)域分割稱兩個(gè)小的直角三角形區(qū)域,，而空間電壓矢量根據(jù)最近矢量合成原則可由其所在直角三角形所對(duì)應(yīng)的基本矢量合成,，使計(jì)算量大大減少，巧妙地省去了對(duì)其中點(diǎn)的控制,，簡(jiǎn)化了整體控制算法難度,。首先在MATLAB中驗(yàn)證此算法的正確性，而后在以DSP2808和CPLD為核心的10 kW NPC三電平光伏逆變器上驗(yàn)證了該算法的可操作性,。
關(guān)鍵詞： 變頻逆變 三電平 SVPWM Matlab
中圖分類號(hào)： TM464
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
文章編號(hào)： 0258-7998(2014)03-0065-03
Simplified SVPWM algorithm in three-level PV system
Xue Jiaxiang,，Ma Qianjin，Zheng Zhaohong,，Liao Tianfa
Mechanical and Automobile Engineering College, South China University of Technology, Guangzhou 510640,，China
Abstract： Traditional space vector pulse width modulation(SVPWM) algorithm for three-level need intensive calculation operations and low precision. In this paper, a new simplified three-level SVPWM algorithm is applied, that is ,each big area of the space vector plane is divided into two right-angled triangle areas, the space voltage vector is synthesized by several switch vectors corresponding to the right-angled triangle which contains the terminal of the reference vector. As a result, the calculation is greatly reduced, and cleverly eliminates the need for the point control, simplifies the overall control algorithm. Firstly, verify the correctness of this algorithm, and then achieve operability of the algorithm by using 10 kW three-level inverter which taking DSP2808 and CPLD as the core.
Key words : hree-level；SVPWM,；MATLAB

     在光伏發(fā)電技術(shù)日趨成熟的今天,，三電平逆變電路已經(jīng)成為逆變?cè)O(shè)備的首選結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的兩電平逆變電路相比,，主要有能夠承受高電壓,、電壓電流上升率低等優(yōu)點(diǎn)[1]。在眾多的控制策略中，SVPWM（空間矢量脈寬調(diào)制）具有調(diào)制比大,、能夠優(yōu)化輸出電壓波形,、易于數(shù)字實(shí)現(xiàn)、母線電壓利用率高等特點(diǎn),，因而SVPWM控制方式受到了人們的普遍關(guān)注[2],。但傳統(tǒng)三電平SVPWM算法是把電壓矢量空間等分成6個(gè)大扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)又分成4個(gè)小三角形扇區(qū),，利用基本矢量在小扇區(qū)中計(jì)算出矢量作用時(shí)間,，根據(jù)矢量切換點(diǎn)的切換條件在24個(gè)小三角形之間進(jìn)行切換，計(jì)算較為復(fù)雜,。本文尋找到一種新的簡(jiǎn)化的SVPWM,，把每個(gè)大扇區(qū)分成2個(gè)直角三角形[3]，這樣就極大減少了計(jì)算量,，并將該算法在已有的10 kW的三電平光伏逆變器上實(shí)現(xiàn),，得到很好的并網(wǎng)電流波形。
1 三電平逆變器
    二極管中點(diǎn)箝位式三電平逆變器主電路如圖1所示,。通過對(duì)三電平逆變器拓?fù)浞治隹芍?，三相三電平輸出電路可以得?3=27種開關(guān)組合，對(duì)應(yīng)27組不同的電壓狀態(tài)組合,。定義電壓空間矢量為：




    由三電平逆變器空間電壓矢量分布圖可知,，其有6個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)之間相差60°,。根據(jù)歸一化的思想,，將每個(gè)扇區(qū)都順時(shí)針旋轉(zhuǎn)與第一個(gè)扇區(qū)重合便可得到相應(yīng)的矢量分配時(shí)間和作用順序。
    分析中點(diǎn)電位的波動(dòng)原理可知[6],，中點(diǎn)電位的偏移是由小矢量和中矢量引起的,。在一個(gè)扇區(qū)內(nèi)，小矢量的不對(duì)稱出現(xiàn)會(huì)引起中點(diǎn)電位偏移,；中矢量對(duì)中點(diǎn)電位的影響比較復(fù)雜，在一般的電機(jī)控制中存在功率因素角,，在電網(wǎng)和電機(jī)之間存在能量雙向流動(dòng),，負(fù)載不對(duì)稱，致使中矢量引起中點(diǎn)電位偏移,。而在光伏逆變器要求功率因素為1,，不存在與電網(wǎng)之間的能量雙向流動(dòng)，所以在三電平并網(wǎng)逆變器中采用中矢量不會(huì)影響中點(diǎn)電位平衡,。這就省去了對(duì)中點(diǎn)平衡的控制,，有利于軟件的編程。
3 簡(jiǎn)化算法的實(shí)驗(yàn)及結(jié)論
    為了驗(yàn)證以上所提出的算法，首先在MATLAB環(huán)境下用S函數(shù)建立了此三電平逆變器的閉環(huán)仿真模型[7],，得到閉環(huán)輸出的電流波形如圖3所示,，從上到下依次為R相、S相,、T相,。可以看出在此算法下能產(chǎn)生平滑的電流波形,，驗(yàn)證了算法里的可行性,。

    在實(shí)驗(yàn)室已有的三電平逆變器上實(shí)現(xiàn)該算法。此三電平逆變器主電路采用兩級(jí)變流結(jié)構(gòu)[8],，前級(jí)是雙BOOST升壓電路,，后級(jí)為二極管中點(diǎn)箝位式三電平逆變電路，采用LC濾波,，控制電路以TMS320F2808和CPLD EPM-1270T144C5N為核心的,。其中母線支撐電容總大小為620 μF，逆變電感為0.8 mH,，濾波電容為10 μF,。
    以Topcon的太陽能光伏模擬器作為輸入源，輸入最大功率為5 kW,，測(cè)得實(shí)際的實(shí)驗(yàn)并網(wǎng)電流波形如圖4所示,。測(cè)得的中點(diǎn)電壓波動(dòng)如圖5所示，從上到下依次為母線電壓,、中點(diǎn)電壓和T相電流,，母線電壓穩(wěn)定在有效值721.27 V，中點(diǎn)電壓穩(wěn)定在有效值358.66 V,，中點(diǎn)電位波動(dòng)很小,。測(cè)得的逆變電感之前的三相電壓波形細(xì)節(jié)圖如圖6所示，從上到依次為T相電壓,、S相電壓和R相電壓,，從圖中分析可知開關(guān)變化為000→-101→-111→-101→000，由此可以確認(rèn)本文使用的是五段式,，并且起始矢量都是從000開始,。

 

 

    經(jīng)以上分析可見，采用簡(jiǎn)化的SVPWM后,，光伏逆變器輸出較為理想的并網(wǎng)電流波形且中點(diǎn)電位波動(dòng)很小,，從理論和實(shí)際上都驗(yàn)證了該算法的可行性。
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