基于SPWM的Z源三电平逆变器升压与中点平衡控制

基于SPWM的Z源三电平逆变器升压与中点平衡控制

Boost and Neutral-point Balance Control of Z-source Three-level Inverter Based on SPWM

中文关键词:  Z源  三电平逆变器  升压控制  中点电位平衡控制

作者                     单位                                                                                        E-mail
彭泓                     辽宁工程技术大学电气与控制工程学院， 葫芦岛 125105
田乐杰                  辽宁工程技术大学电气与控制工程学院， 葫芦岛 125105           863785516@qq.com

中文摘要:
Z源三电平逆变器通过注入直通状态可实现Z源三电平逆变器升压功能，但现有文献并没有考虑中点电位不平衡问题。为此，提出一种基于SPWM的方法来实现Z源三电平升压和中点平衡控制。首先通过注入直通状态实现升压控制，然后在此基础上，通过增加前馈改变直通占空比的方法实现了中点平衡控制。该方法不会增加Z源T型三电平逆变器的开关损耗，仿真和实验验证了所提方法的正确性。

内容节选：
多电平逆变器由于具有谐波小、运行效率高等优点已广泛应用与分布式发电场合，但多电平逆变器属于降压型逆变器，例如光伏发电为提高电压等级，需要在电池板和电网之间增加 DC/DC 电路，但会增加硬件的成本，降低了系统的可靠性。

为了解决上述问题，文献[1-5]提出了一种 Z 源NPC 型逆变器， 该逆变器由 2 个独立的直流源、Z源网络和三电平 NPC 逆变器组成。Z 源网络的引入让直通成为一种正常的状态，通过改变直通占空比实现了逆变器的升压，而该拓扑的另一个优点是允许上、下桥臂直通，系统的可靠性明显提升。 此外， 控制信号不用设置死区， 逆变器输出电流波形良好。 针对上述拓扑，文献[6-9]提出空间矢量调制方法实现升压控制，具有开关损耗小等优点。
Z 源三电平 NPC 逆变器（其拓扑结构如图 1 所示）在分布式电源中具有很好的前景，但上述文献采用的是 2 个直流源， 在光伏发电等场合并不适用。 为了解决上述问题，本文采用单直流源的方式，这不可避免地出现中点不平衡的问题，导致输出波形畸变。 因此中点平衡问题一直是国内外研究的热点[10-13]。

本文采用 Z 源 T 型三电平逆变器，和 Z 源三电平 NPC 逆变器拓扑相比，少 6 个二极管，该拓扑具有效率高和无源器件少等优点[14-16]。 但是上述 Z 源三电平 T 型逆变器也存在中点不平衡的问题，因此， 本文提出 SPWM 方法实现 Z 源 T 型三电平逆变器的升压和中点平衡控制，通过改变直通占空比的方法实现中点平衡控制，该方法不会增加 Z 源 T型三电平逆变器的开关损耗，仿真和实验验证了所提方法的正确性和可行性。

图 1 Z 源 NPC 三电平逆变器拓扑结构

详情内容请戳☟

基于SPWM的Z源三电平逆变器升压与中点平衡控制.pdf (1.06 MB, 下载次数: 20)

2020-1-10 14:02 上传

点击文件名下载附件
下载积分: 财富 -2

参考文献(共16条):
[1] Loh P C, Gao Feng, Blaabjerg F, et al. Pulse width-modulated Z-source neutral-point-clamped inverter[J]. IEEE Transa-ctions on Industry Applications, 2007, 43(5):1295-1308.
[2] Loh P C, Lim S W, Gao Feng,et al. Three-level Z-source inverters using a single LC impedance network[J]. IEEE Tran-sactions on Power Electronics, 2007, 22(2):706-712.
[3] Loh P C, Gao Feng, Blaabjerg F, et al. Operational analysis and modulation control of three-level Z-source inverters with enhanced output waveform quality[J]. IEEE Transacti-ons on Power Electronics, 2009, 24(7):1767-1775.
[4] Effah F B, Wheeler P, Clare J, et al. Space-vector-modulated three-level inverters with a single Z-source network[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2013, 28(6):2806-2815.
[5] 张瑾, 齐铂金, 张少如. Z源三电平中点钳位逆变器的空间矢量调制方法[J]. 电工技术学报, 2010, 25(9):108-114. Zhang Jin, Qi Bojin, Zhang Shaoru. A space vector PWM algorithm for Z-source three-level NPC inverters[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2010, 25(9):108-114(in Chinese).
[6] 姜卫东, 王群京, 史晓峰, 等. 中点钳位型三电平逆变器在空间矢量调制时中点电位的低频振荡[J]. 中·国电机工程学报, 2009, 29(3):49-55. Jiang Weidong, Wang Qunjing, Shi Xiaofeng, et al. Low frequency oscillation of neutral point voltage of neutral-point-clamped three-level VSI under SVPWM control[J]. Proceedings of the CSEE, 2009, 29(3):49-55(in Chine-se).
[7] Schweizer M, Kolar J W. Design and implementation of a hi-ghly efficient three-level T-type converter for low-voltage applications[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2013, 28(2):899-907.
[8] Choi U, Lee K, Blaabjerg F. Diagnosis and tolerant strategy of an open-switch fault for T-type three-level inverter systems[J]. IEEE Transactions on Industry Applications, 2014, 50(1):495-508.
[9] Choi U M, Lee H H, Lee K B. Simple neutral-point voltage control for three-level inverters using a discontinuous pulse width modulation[J]. IEEE Transactions on Energy Conversion, 2013, 28(2):434-443.
[10] Lee J S, Lee K B. New modulation techniques for a leakage current reduction and a neutral-point voltage balance in transformerless photovoltaic systems using a three-level inverter[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2014, 29(4):1720-1732.
[11] 刘京斗, 张冀川, 李会南. 一种T型NPC三电平三相四桥臂中点电位控制策略[J]. 电源学报, 2016, 14(1):68-73. Liu Jingdou, Zhang Jichuan, Li Huinan. A novel strategy of neutral point potential balancing for T-NPC three-level three-phase four-leg inverters[J]. Journal of Power Supply, 2016, 14(1):68-73(in Chinese).
[12] 许春雨, 刘梅. 三电平逆变器中点电位平衡控制的研究[J]. 电气传动, 2013, 43(2):40-43. Xu Chunyu, Liu Mei. Study of neutral-point potential control method for three-level inverter[J]. Electric Drive, 2013, 43(2):40-43(in Chinese).
[13] 胡存刚, 胡军, 陈权, 等. ANPC三电平逆变器SHEPWM优化研究[J]. 电力电子技术, 2016, 50(5):20-23. Hu Cungang, Hu Jun, Chen Quan, et al. An optimized SHEPWM for three level ANPC inverter[J]. Power Electro-nics, 2016, 50(5):20-23(inChinese).
[14] Celanovic N, Boroyevich D. A comprehensive study of neutral-point voltage balancing problem in three-level ne-utral-point-clamped voltage source PWM inverters[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2000, 15(2):242-249.
[15] 吴洪洋, 何湘宁. 多电平载波PWM法与SVPWM法之间的本质联系及其应用[J]. 中·国电机工程学报, 2002, 22(5):10-15. Wu Hongyang, He Xiangning. Relationship between multilevel carrier-based PWM and SVPWM and its applications[J]. Proceedings of the CS EE, 2002, 22(5):10-15(in Chinese).
[16] 景巍. 大功率三电平变频器功率器件损耗研究[D]. 徐州:中·国矿业大学, 2011. Jing Wei. Study on power device losses of high-power three-level converter[D]. Xuzhou:China University of Mining and Technology, 2011(in Chinese).

此文章来自电源学报
链接：http://www.jops.cn/dy/ch/reader/view_abstract.aspx?flag=1&file_no=201704060102&journal_id=dy