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四、光伏并网逆变器逆变过程介绍
特变TC500KH采用三相桥式逆变电路,采用IGBT作为开关器件,PWM控制技术对脉冲进行调制,根据三相电压型PWM逆变电路结合MATLAB/simulink相关的知识,对逆变器系统搭建进行详细说明,最终实现从直流电到交流电的转化。
4.1 PWM控制技术
PWM控制技术实际就是斩波控制技术,就是对脉冲宽度进行调制的技术,通过对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效获得所需要的波形,三相电压型PWM逆变电路主要实现功能就是将直流电压变换成交流电压,如下图12所示,图中的U、V、W三相的PWM控制通常公用一个三角载波Uc,三相调制信号Uru、Urv、Urw依次相差120°。U、V、W各相功率开关器件的控制规律是相同的,现在以U为例。
当Uru>Uc,给上桥臂V1导通信号,给下桥臂V4关断信号,则U相相对于直流电源假想中的点输出电压Uun=Ud/2。
当Uru<Uc,给V4导通信号,给V1关断信号,则Uun=-Ud/2。但V1与V4的驱动信号始终是互补的,当给V1(V4)加上导通信号时,V1(V4)可能导通,也有可能二极管VD1(VD4)续流导通,这是由阻感负载中得电流方向决定,这就是三相桥式电路的双极性调制特性,由上分析,则Uun的波形幅值等于Ud/2的矩形波,V、M两相情况和U类似,得到的电路波型如图13所示。
图12 三相桥式PWM逆变电路
图13 三相桥式PWM逆变电路波形
4.2 三相桥式逆变电路的仿真设计
4.2.1整体介绍
为了更加直观的了解逆变器的逆变过程,利用MATLAB/simulink仿真平台,建立了三相桥式逆变电路,如图14所示。
图14 三相桥式逆变电路仿真图
其中,直流侧输入电压为DC750V,主电路模块为通用桥臂,核心元件为IGBT,其既有MOSFET的高输入阻抗又有GTR的低导通压降的优点,驱动功率小而饱和压降低,集成模块如图15所示,是系统进行直流到交流变换的核心,内部包含了六个IGBT和六个电力二极管。经过逆变后接入LCL滤波器,LCL滤波器可以滤除PWM的谐波,是一种典型的滤波器件,它是用电感、电容、及电阻经选择性搭配得到的,它在滤除波形的同时又能进行无功功率的补偿,这样可减少对电力电子器件损耗,对其工作具有保护作用。
图15 IGBT模块
本次模拟采用的LC滤波器用来滤除逆变器交流侧部分产生的谐波电流,这样就能更好的对交流侧所产生的正弦电流波形进行控制,由于考虑美观,将其进行封装,内部结构如图16所示。
图16 LC滤波器内部电路图
4.2.2仿真结果分析
根据仿真分析,如果要让PWM控制的电压波形在任一时间段,都能近似等效于此时的调制电压波形,就要满足两点要求:一是各个时间片段波形的幅值相等;二是这样的时间片段内电压的脉冲宽度一定要窄,也就是要有巨大数量的脉波。换而言之就是要使输出的非连续的线电压能更好的接近于给定的调制正弦波形,就要把脉波的数量提高,这样可以通过调整PWM发生器的载波频率来实现,如图17所示为载波频率为500Hz和2000Hz的对比图。
图17 (a)载波频率为500Hz输出的波形图
图17 (b)载波频率为2000Hz输出的波形图
如图18所示为直流750V经过逆变环节及滤波环节输出的正弦交流电,在0.02s-0.1s的4个 周期中U,V,W依次相差120°。
图18 输出正弦交流波形图
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