参考文献:《中压三电平全功率风电变流器关键技术研究---任康乐》
1、调制策略分析
DPWM由于其在任意时刻均有一相钳位在某个电平,使得该相的功率器件不发生开关动作,因而可以大大降低开关损耗(平均降低1/3),在确保器件开关频率不变的前提下,变流器的载波频率提高1.5倍???。
目前3L-NPC逆变器的DPWM有多种,包括DPWM0 DPWM1 DPWM2 DPWM3 DPWMA DPWMB DPWMMIN DPWMMAX。针对中压三电平网侧变流器运行工况及功能需求,如何选择性能最佳的DPWM值得研究。一般分析开关损耗、共模电压和谐波畸变三个指标,DPWMMIN DPWMMAX由于输出电压和开关损耗不对称,实际使用较少,不做讨论。
3L-NPC电路拓扑如上图所示,小矢量有冗余,零矢量一般选择000。在三电平空间矢量中,合成原则为最近三矢量原则,即参考电压矢量由距离最近的三个矢量进行合成,其中小矢量使用两个冗余状态,即为七段式,DPWM为了降低开关损耗,舍弃一个小矢量,开关序列为5段式。
原则:开关状态改变每次仅带来一个电平变化;
因此归纳出扇区1内所有可能DPWM开关序列与钳位模式,BD区域有两种钳位模式,A区域有三种钳位模式,C区域也有三种钳位模式。
2、开关损耗分析
中压IGBT中,开关损耗远大于导通损耗,开关损耗与调制策略有关,导通损耗与调制策略关系不大。
DPWM一个基波周期内开关损耗表示为:
CPWM可表示为:
3、共模电压分析
变流器产生的高频共模电压会产生对地漏电流,在带来功率损耗的同时,造成严重的电磁干扰问题。因而在电压等级高的中压变流器系统中,共模电压是评价调制策略性能的重要指标之一。共模电压可表示为:
大矢量产生的共模电压为正负vdc/6,小矢量产生的共模电压为正负vdc/3或正负vdc/6,中矢量和零矢量共模电压为0.
4、谐波畸变分析
DPWM五段式的矢量合成方式可能增大电流谐波含量,通常用加权谐波畸变标幺值WTHD0作为指标:
由上图可知,当调制度比较大时,几种DPWM的谐波畸变均优于SVM。
5、DPWM策略总结
6、仿真波形
function y = fcn(u)
theta = 50*2*pi*u;
m = 1;
ua = m*cos(theta);
ub = m*cos(theta-2*pi/3);
uc = m*cos(theta+2*pi/3);
umax = max(max(ua,ub),uc);
umin = min(min(ua,ub),uc);
%%svpwm
zsvpwm = -0.5*(umax+umin);
%%dpwm1
theta_temp = mod(theta,2*pi);
if (theta_temp>pi/6)&&(theta_temp<pi/2)
k =0;
elseif (theta_temp>5*pi/6)&&(theta_temp<7*pi/6)
k =0;
elseif (theta_temp>3*pi/2)&&(theta_temp<11*pi/6)
k =0;
else
k =1;
end
z_dpwm1 = 2*k-1-k*umax-(1-k)*umin;
%%dpwma
if ua>0
vha = 1-ua;
val = ua;
else
vha = -ua;
val = 1+ua;
end
if ub>0
vhb = 1-ub;
vbl = ub;
else
vhb = -ub;
vbl = 1+ub;
end
if uc>0
vhc = 1-uc;
vcl = uc;
else
vhc = -uc;
vcl = 1+uc;
end
min1 = min(min(vha,vhb),vhc);
min2 = min(min(val,vbl),vcl);
if min1>min2
z_dpwma = -min2;
else
z_dpwma = min1;
end
y = [ua;z_dpwma;ua+z_dpwma];