基于空間矢量PWM調(diào)制的并網(wǎng)型逆變器電感值設(shè)計(jì)方法

師遠(yuǎn)征

（西部鉆探工程有限公司，新疆烏魯木齊830001）

1 引言

在三相PWM整流器（以下簡(jiǎn)稱三相VSR）的設(shè)計(jì)中，網(wǎng)側(cè)電感參數(shù)確定至關(guān)重要，同時(shí)也是設(shè)計(jì)中的一個(gè)難點(diǎn).這是因?yàn)槿郪SR網(wǎng)側(cè)電感對(duì)三相VSR系統(tǒng)的影響是綜合性的，其取值不僅影響系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能，而且還會(huì)對(duì)三相VSR的額定輸出功率等其他因素產(chǎn)生影響.增大電感值，可以抑制系統(tǒng)輸入電流的諧波，減小整流器的使用所造成對(duì)電網(wǎng)的污染，但是系統(tǒng)所能夠提供給負(fù)載的最大功率就會(huì)下降［1］。

本文基于VSR各矢量之間的關(guān)系以及五段式SVPWM調(diào)制方法，從而得出電感值上下限范圍，對(duì)電感值設(shè)計(jì)方法提供了重要的參考依據(jù)。

2 電感的設(shè)計(jì)依據(jù)和計(jì)算方法

2.1 額定母線電壓下三相SVPWM的最大逆變電壓

典型的三相逆變系統(tǒng)電路如圖1所示，設(shè)三相逆變系統(tǒng)各相對(duì)負(fù)載中性點(diǎn)電壓為：

圖1 三相逆變系統(tǒng)電路

圖2 Spatial representation of three-phase voltage vector

圖3 The topology of voltage vector 100

圖4 The map of vector position

2.2 三相并網(wǎng)型逆變器的各矢量之間的關(guān)系

圖5 The topology of Grid-connected three-phase inverter

圖6 Relationship diagram between vectors（capacitive reactive）

由SVPWM的最大逆變基波相電壓可得式（2）

為了求得電感的上限值的最小值，需要求得z＝f（x，y）在定義域內(nèi)的最水值，利用matlab的三維繪圖命令ezsurf（x，y，z，［-90，0，0，1/sqrt（3）］），畫出如圖7所示的三維曲面圖。

圖7 Influence of grid phase voltage and power factor on inductance parameters

2.3 電感紋波電流計(jì)算

在電感設(shè)計(jì)中，為了保證電感在額定電流范圍類電感值是恒定的，必須保證磁密在勵(lì)磁電流變化范圍內(nèi)呈線性變化。因此電感電流峰值為電感磁化曲線‘膝點(diǎn)’的選擇依據(jù)。我們有必要推導(dǎo)電感值與電感峰值電流處紋波電流的關(guān)系。

圖8 Vector diagram in stationary coordinate system

圖9 One switching period driving waveform of the first sector of the five-segment wave

由紋波電流表達(dá)式可以看出該式的第二項(xiàng)不受電感變化的影響，因此可以得到的推論是電感的增大只能抑制紋波電流，即使電感可以無窮大也不能消除紋波電流，而開關(guān)周期的減小可以有效的減小紋波電流。當(dāng)逆變器輸出電流增大時(shí)，電感紋波電流反而會(huì)減小。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

以某690V變流器為例：母線電壓為VD＝1050V，電網(wǎng)額定線電壓VL＝690V，允許的電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍為90%-110%。Vsmax＝619.6V，Vsmin＝507V Vsmin≥0.41VD。因此設(shè)計(jì)電感時(shí)應(yīng)該考慮最高允許的電網(wǎng)相電壓。

以500KW光伏逆變器為例：最小母線電壓為VD＝450V，電網(wǎng)額定線電壓為270V，允許的電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍為90%-110%，功率因素調(diào)節(jié)范圍：cosθ≤0.9（感性/容性）。Vsmax＝242V Vsmin＝198V Vsmin≥0.41VD。因此設(shè)計(jì)電感時(shí)應(yīng)該考慮最高允許的電網(wǎng)相電壓和最大允許的功率因素滯后角度，最大功率因素角為 θ＝-arccos0.9＝-26°

工況1：母線電壓600V，輸出電流為100A

圖10 Phase A inductor current waveform

圖11 Expanded view of figure 10

將工況代入紋波電流計(jì)算公式可得：

由示波器的展開圖可看出，計(jì)算結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果符合的較好。

工況2：母線電壓為450V，輸出電流為100A。

圖12 Phase A inductor current waveform

圖13 Expanded view of figure 12

由示波器波形展開圖可知計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果符合的較好。

4 結(jié)束語(yǔ)

1、當(dāng)電網(wǎng)相電壓一定的情況下，感性功率因數(shù)角越大，電感的上限值越小，因此設(shè)計(jì)電感時(shí)應(yīng)該依據(jù)逆變器的最大感性功率因數(shù)角來設(shè)計(jì)。