基于單相SVPWM的可變死區(qū)算法

鄭錦楠 黎朝暉 谷志茹 夏得青 曹雙燕 龍永紅

摘？要：針對(duì)單相逆變器固定死區(qū)時(shí)間注入調(diào)制波導(dǎo)致輸出電壓諧波畸變率較高等問(wèn)題，本文提出一種將可變死區(qū)時(shí)間注入單相SVPWM調(diào)制波有效矢量組的方法。該方法將一系列非線性因素等擾動(dòng)因素看成擾動(dòng)電壓，采用干擾觀測(cè)器對(duì)擾動(dòng)電壓進(jìn)行估算補(bǔ)償，并將估算補(bǔ)償電壓換算成死區(qū)時(shí)間，補(bǔ)償?shù)絊VPWM調(diào)制波有效矢量組導(dǎo)通區(qū)間。實(shí)驗(yàn)證明該方法相比傳統(tǒng)固定死區(qū)時(shí)間注入調(diào)制波，能夠減少逆變器輸出電壓畸變率，提高電能質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)蜗郤VPWM；PR控制

光伏發(fā)電的核心技術(shù)是逆變技術(shù)。在單相逆變器中，為了防止逆變橋上下兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)管直通，通常需要在功率管工作期間加入一段固定死區(qū)時(shí)間[4-6]。固定死區(qū)時(shí)間會(huì)帶來(lái)輸出電壓幅值和相位的偏差，隨著開(kāi)關(guān)管頻率的提高，誤差累積效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致輸出電壓波形的畸變[7]。

本文首先通過(guò)分析單相SVPWM（空間電壓矢量脈寬調(diào)制）原理，建立起單相SVPWM的調(diào)制波波形，然后采用干擾觀測(cè)器估計(jì)出補(bǔ)償電壓并換算成開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間作為死區(qū)時(shí)間加入調(diào)制波中有效矢量組的導(dǎo)通時(shí)間中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該策略可以使單相逆變器輸出電壓畸變率降低，輸出波形更優(yōu)的正弦波。

1 單相SVPWM原理及實(shí)現(xiàn)

2 死區(qū)在線補(bǔ)償原理

為了避免上下橋臂直通帶來(lái)極大的短路電流，通常會(huì)對(duì)上下橋臂加入死區(qū)時(shí)間進(jìn)行延遲導(dǎo)通，如圖5所示。

加入死區(qū)后，雖然能夠防止各種非理想狀況導(dǎo)致同一橋臂上下開(kāi)關(guān)管直通，但上述死區(qū)加入會(huì)導(dǎo)致輸出波形幅值的降低，產(chǎn)生嚴(yán)重的波形畸變。

3 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

本節(jié)中，基于TMS320F28335的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建了2 kW實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，通過(guò)對(duì)TMS320F28335的事件管理器進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置為連續(xù)增減計(jì)數(shù)模式，則可以產(chǎn)生對(duì)稱的PWM波形，可將死區(qū)補(bǔ)償值直接加入比較寄存器CMPR中進(jìn)行修改PWM脈沖寬度，達(dá)到補(bǔ)償效果，其中后級(jí)LC濾波電路中L0.7 mH=，C0.15μF=。

圖8是未進(jìn)行補(bǔ)償?shù)膶?shí)驗(yàn)波形，圖9是進(jìn)行死區(qū)補(bǔ)償后的電壓波形。

通過(guò)圖8、圖9的對(duì)比可以觀察出采用死區(qū)補(bǔ)償算法后的電壓紋波得到明顯降低，逆變器輸出電壓具有良好的正弦波效果。

將上述逆變器輸出電壓波形圖片導(dǎo)進(jìn)Matlab進(jìn)行傅里葉變換分析得到圖10所示的波形，加入死區(qū)補(bǔ)償算法后逆變器電壓輸出畸變率只有3.16%，相比沒(méi)有加入死區(qū)補(bǔ)償算法7.14%，降低了將近4%，表明加入死區(qū)補(bǔ)償算法后有效降低了死區(qū)效應(yīng)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響。

4 結(jié)論

本文首先通過(guò)對(duì)單相電壓空間矢量法原理和產(chǎn)生方式進(jìn)行闡述，推導(dǎo)出單相SVPWM各開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)序圖，針對(duì)傳統(tǒng)死區(qū)時(shí)間的加入導(dǎo)致輸出電壓波形畸變，采用了干擾觀測(cè)器對(duì)非線性干擾等因素進(jìn)行在線估測(cè)并轉(zhuǎn)化為死區(qū)時(shí)間作為補(bǔ)償。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法可以有效抑制由逆變器一系列外在非線性因素導(dǎo)致的電壓波形畸變，改善了電壓的波形，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1] 方剛，楊勇，盧進(jìn)軍，等.三相光伏并網(wǎng)逆變器電網(wǎng)高阻抗諧振抑制方法[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2018，38（2）：109-116.

[2] 吳汪平，楚皓翔，解大，等.PI控制器參數(shù)對(duì)并網(wǎng)永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)機(jī)網(wǎng)相互作用的影響[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2017，37（10）： 21-28.

[3] Liu Xing， Wang Dan， Peng Zhouhua. Cascade-free fuzzy finite-control-set model predictive control for nested neutral point-clamped converters with low switching frequency[J]. IEEE Transactions on Control Systems Technology， 2019，27（5）：2237-2244.

[4] 齊昕，王沖，周曉敏.一種低硬件資源消耗快速SVPWM算法[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2014，18（4）：32.

[5] 易龍強(qiáng)，戴瑜興.SVPWM技術(shù)在單相逆變電源中的應(yīng)用[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2007，22（9）：116-117.

[6] 張陽(yáng).微電網(wǎng)SPWM單相并網(wǎng)逆變器控制技術(shù)研究[D].沈陽(yáng)：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)，2014.

[7] 楊曉東，王崇林，史麗萍，等.級(jí)聯(lián)型逆變器的統(tǒng) 一SVPWM方法[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2014，29（6）：145-147.

[8] 劉和平，董治平，邱彬彬，等.一種低壓電動(dòng)汽車用 逆變器非線性因素的新型補(bǔ)償方法[J].電機(jī)與控制 學(xué)報(bào)，2020，24（9）：30-38.

[9] 韓坤，孫曉，劉秉，等.一種永磁同步電機(jī)矢量控制SVPWM死區(qū)效應(yīng)在線補(bǔ)償方法[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué) 報(bào)，2018，38（2）：620-627.

[10] 吳春，齊蓉.PWM 電壓源逆變器非線性因素迭代學(xué)習(xí)補(bǔ)償[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2015，35（3）：702-709.

3077500589215