[发明专利]基于变载波SPWM方法的直流电压纹波补偿系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于变载波SPWM方法的直流电压纹波补偿系统及方法。

背景技术

随着电力电子技术不断发展，电力系统中电力电子变换器渗透率日益增高，特别是多电平DC/AC变换器具有谐波少、耐压高、开关应力小、电磁干扰(Electromagnetic Interference,EMI)少等优势，广泛应用于高压直流输电、分布式发电及微网领域的交直流变换场合。特别是T型三电平拓扑，相比于传统的NPC三电平拓扑，具有导通损耗小，空间体积小，保护简单等优点，在一定的功率等级和开关频率下，较NPC三电平拓扑有着更高的能量密度和更高的效率，因此逐渐成为市场主流。

然而针对T型三电平DC/AC变换器的传统SPWM调制技术通常假设直流侧电压为恒压源，当实际应用中直流侧接非线性时变负载、交流侧接三相不平衡负载、交直交系统整流端接弱电网或三相不平衡电网等时，直流侧电压会产生纹波畸变，在直流侧等效阻抗上产生纹波电流，将造成交流侧并网电压不平衡、叠加难以滤除的低次谐波分量等，降低发电功率和并网电能质量，威胁电网及负荷安全运行。

因此针对T型三电平DC/AC变换器直流纹波对交流系统电能质量的影响，研究一种简单有效的解决方法意义重大。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种基于变载波SPWM方法的直流电压纹波补偿系统及方法，本系统考虑了实际T型三电平DC/AC变换器直流侧电压纹波，通过前馈算法实时修正SPWM调制波，补偿纹波电压对交流侧的影响，可以实现T型三电平DC/AC变换器对较宽频率范围内直流纹波的免疫，明显改善直流纹波条件下交流侧电能质量。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于变载波SPWM方法的直流电压纹波补偿系统，包括并联的三相桥臂，每相桥臂包括两个串联的IGBT管，各相桥臂的IGBT管的连接处引出两条支路，一条支路包括两个方向不同的串联的IGBT管，另一条支路经滤波器与电阻连接；在并联的各桥臂输入端接入输入两个独立电压源；所述独立电压源的幅值相同，分别并联有一个电容，两个独立电压源的连接点处同时连接三相桥臂的两个方向不同串联的IGBT管的一端，所有IGBT管均由控制电路驱动。

所述滤波器为LC滤波电路，且其中的电容公共端接地。

所述控制电路包括保护电路、驱动电路、采样调理电路，采样调理电路连接DSP模块，DSP模块与保护电路双向通信，DSP模块连接驱动电路，驱动电路输出PWM信号驱动桥臂中IGBT管的开通与关断。

所述采样调理电路采集输入电压源的直流电压、直流电流、滤波器输出的三相电压值大小。

基于上述直流电压纹波补偿系统的调制方法，具体步骤包括：

(1)周期相同的三角载波U_c1和U_c2对称分布于调制波的正负半波，通过与调制波U_{x_ref}(x＝a，b，或c)比较，得出所需要的PWM信号；

(2)给与各相桥臂的上桥臂的IGBT管控制信号：幅值为单位1的三角载波U_c1o先乘以直流侧上电容电压的实时值，再除以上端独立电压源并联的电容两点间直流侧电压直流分量，得到修正的三角载波U_c1，U_c1与U_{x_ref}比较得到的信号给予各相桥臂的上桥臂的IGBT管；另外，将该信号的互补信号传输给两个方向不同串联的IGBT管中靠近上桥臂的IGBT管；

(3)给与各相桥臂的下桥臂的IGBT管控制信号：幅值为单位1的三角载波U_c2o先乘以直流侧上电容电压的实时值，再除以下端独立电压源并联的电容两点间直流侧电压直流分量，得到修正的三角载波U_c2，U_c2与U_{x_ref}比较得到的信号给予两个方向不同串联的IGBT管中远离下桥臂的IGBT管；将该信号的互补信号传输给各相桥臂的下桥臂的IGBT管；

(4)将得到的PWM信号送到驱动电路。

本发明的有益效果是：

1、该方法通过修正开关函数，大幅抑制了传统调制方法下直流纹波引起的T型三电平变换器三相交流侧低次谐波、三相不平衡等，改善了输出电能质量；

2、该方法可以减小直流侧电容设计容量、减小交流侧滤波器设计容量，节约T型三电平变换器成本；

3、该方法可以实现对直流侧纹波影响的免疫，保证三相负载在直流畸变条件下正常运行；