文獻標識碼： A
文章編號： 0258-7998(2014)03-0065-03
在光伏發電技術日趨成熟的今天，三電平逆變電路已經成為逆變設備的首選結構。與傳統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點[1]。在眾多的控制策略中，SVPWM（空間矢量脈寬調制）具有調制比大、能夠優化輸出電壓波形、易于數字實現、母線電壓利用率高等特點，因而SVPWM控制方式受到了人們的普遍關注[2]。但傳統三電平SVPWM算法是把電壓矢量空間等分成6個大扇區，每個扇區又分成4個小三角形扇區，利用基本矢量在小扇區中計算出矢量作用時間，根據矢量切換點的切換條件在24個小三角形之間進行切換，計算較為復雜。本文尋找到一種新的簡化的SVPWM，把每個大扇區分成2個直角三角形[3]，這樣就極大減少了計算量，并將該算法在已有的10 kW的三電平光伏逆變器上實現，得到很好的并網電流波形。
1 三電平逆變器
二極管中點箝位式三電平逆變器主電路如圖1所示。通過對三電平逆變器拓撲分析可知，三相三電平輸出電路可以得到33=27種開關組合，對應27組不同的電壓狀態組合。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個扇區，每個扇區之間相差60°。根據歸一化的思想，將每個扇區都順時針旋轉與第一個扇區重合便可得到相應的矢量分配時間和作用順序。
分析中點電位的波動原理可知[6]，中點電位的偏移是由小矢量和中矢量引起的。在一個扇區內，小矢量的不對稱出現會引起中點電位偏移；中矢量對中點電位的影響比較復雜，在一般的電機控制中存在功率因素角，在電網和電機之間存在能量雙向流動，負載不對稱，致使中矢量引起中點電位偏移。而在光伏逆變器要求功率因素為1，不存在與電網之間的能量雙向流動，所以在三電平并網逆變器中采用中矢量不會影響中點電位平衡。這就省去了對中點平衡的控制，有利于軟件的編程。
3 簡化算法的實驗及結論
為了驗證以上所提出的算法，首先在MATLAB環境下用S函數建立了此三電平逆變器的閉環仿真模型[7]，得到閉環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生平滑的電流波形，驗證了算法里的可行性。
在實驗室已有的三電平逆變器上實現該算法。此三電平逆變器主電路采用兩級變流結構[8]，前級是雙BOOST升壓電路，后級為二極管中點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，測得實際的實驗并網電流波形如圖4所示。測得的中點電壓波動如圖5所示，從上到下依次為母線電壓、中點電壓和T相電流，母線電壓穩定在有效值721.27 V，中點電壓穩定在有效值358.66 V，中點電位波動很小。測得的逆變電感之前的三相電壓波形細節圖如圖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變化為000→-101→-111→-101→000，由此可以確認本文使用的是五段式，并且起始矢量都是從000開始。
經以上分析可見，采用簡化的SVPWM后，光伏逆變器輸出較為理想的并網電流波形且中點電位波動很小，從理論和實際上都驗證了該算法的可行性。
參考文獻
[1] ZHANG Y C，ZHAO Z M，ELTAWIL M，et al.Performance evaluation of three control strategies for three-level neutral point clamped PWM rectifier[C].In Proc.IEEE APEC’08，2008：259-264.
[2] 宋文祥，陳國呈，束滿堂，等.中點箝位式三電平逆變器空間矢量調制及其中點控制研究[J].中國電機工程學報，2006(5)：105-109.
[3] 鐘宇明，文勵洪，楊紅，等.三電平電路空間矢量調制的一種新算法[J].電力電子技術，2010(1)：90-92.
[4] GUPTA A K，KHAMBADKONE A M.A general space vector PWM algorithm for a multilevel inverter including operation in over modulation range，with a detailed modulation analysis for a 3-level NPC inverter[J].Proc. Power Electron.Spec.Conf.，2005，16（5）：2527-2533.
[5] SEO J H，CHOI C H，HYUN D S.A new simplified spacevector PWM method for three-level inverters[J].IEEE Trans. on Industry Electronics，2001，16(4)：545-550.
[6] 林磊，鄒云屏，鐘和清，等.二極管箝位型三電平逆變器控制系統研究[J].中國電機工程學報，2005，25(15)：34-39.
[7] 程善美，劉亞軍，蔡凱.二極管箝位三電平逆變器空間矢量PWM的仿真[J].電氣自動化，2008，30（2）：17-19.
[8] TSENGENES G，ADAMIDIS G.A multi-function grid connected PV system with three level NPC inverter and voltage oriented control[J].Solar Energy，2011(11)：2595-2610.