光伏逆變器中的單極性倍頻調(diào)制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光伏逆變器中的單極性倍頻調(diào)制方法，采用Microchip公司的dsPIC30F系列為主控芯片，采用哈弗構(gòu)架，有1個16位CPU和1個DSP內(nèi)核，片內(nèi)含有MCPWM電機專用PWM控制器，這一設(shè)置大大簡化了產(chǎn)生PWM波形的控制軟件和外部器件，通過編程產(chǎn)生獨立的具有RE口直接輸出6路PWM信號給逆變器，采用三菱CM100/200/300/400DY-12NF系列IGBT，作為全橋逆變開關(guān)器件，它具有低驅(qū)動功率，低飽和電壓，高集成等特點，同時采用三菱M57962ALIGBT驅(qū)動芯片，它具有驅(qū)動能力好，功率大，保護性能好等優(yōu)點。
【專利說明】光伏逆變器中的單極性倍頻調(diào)制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種工業(yè)電源領(lǐng)域的技術(shù)運用，尤其涉及一種光伏逆變器中的單極性倍頻調(diào)制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]光伏發(fā)電作為一種安全環(huán)保的新能源，無論是從滿足經(jīng)濟發(fā)展的能源需求來看，還是從保護地球環(huán)境的角度出發(fā)，都具有重大的戰(zhàn)略意義。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，人們對逆變器的要求也越來越高，節(jié)約成本，提高性能，是每個光伏企業(yè)不斷追求的目標(biāo)。在大功率逆變電源中，流過主電路管上流過的電流非常大，所以一般所選的開關(guān)管容量比較大，這就導(dǎo)致調(diào)制時的開關(guān)頻率不能過高.使得逆變器的輸出電流畸變?yōu)橐幌盗械募忭斦}沖，輸出電壓出現(xiàn)明顯削頂，影響逆變器輸出波形質(zhì)量，這使提高輸出波形質(zhì)量，降低LC成本的逆變器應(yīng)用而生。
[0003]在大功率條件下，開關(guān)頻率不能過高，主要原因是:1、開關(guān)頻率過高會導(dǎo)致開關(guān)損耗增加；2、會使開關(guān)管發(fā)熱嚴(yán)重，長時間運行會損壞開關(guān)管；3、開關(guān)管頻率過高，出現(xiàn)擎住效應(yīng)的幾率加大；4、大容量開關(guān)器件高速通斷，會產(chǎn)生很高的電壓尖峰，有可能造成開關(guān)管或其他元器件被擊穿，開關(guān)頻率降低會會使輸出波形中THD的含量變高，不能滿足最終指標(biāo)要求，為了提高輸出波形質(zhì)量，需加大后端的LC濾波參數(shù)，這使成本增加，為了提高開關(guān)頻率，故采用單極性倍頻調(diào)制方式。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種光伏逆變器中的單極性倍頻調(diào)制方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:光伏逆變器中的單極性倍頻調(diào)制方法，其特征在于:直流電壓輸入經(jīng)過全橋逆變輸出交流電壓，哈弗構(gòu)架中的主控芯片內(nèi)含有專用PWM控制器，通過編程產(chǎn)生獨立的具有RE 口直接輸出6路PWM信號給逆變器，驅(qū)動電路板包括電壓、電流的采集，欠壓、過壓、過載的檢測，其特征在于:單極性倍頻調(diào)制，Ug+和Ug為兩個反相的正弦信號作為調(diào)制波，幅值為Ugm，載波信號為Uc ;控制原理為:Ug+和UC交點控制Vl和V2, Ug-和UC交點控制V3和V4 ;單極性倍頻SPWM輸出電壓為:
[0006]U =+E, (VI，V3 導(dǎo)通)
[0007]U = O, (VI 和 V4 導(dǎo)通)或(V2 和 V3 導(dǎo)通)
[0008]U = -E, (V2, V4 導(dǎo)通)
[0009]即輸出電壓Uo的正半軸是由Ugl與ug3的與邏輯決定的，當(dāng)Ugl與ug3為高電平時，Vl和V3導(dǎo)通，使得Uo = +E,當(dāng)ugl或者ug3有一個為低電平時，則Vl和V4或者V2和V3導(dǎo)通而使得Uo = O,輸出電壓的負半軸是由ug2和ug4的與邏輯決定的，當(dāng)ug2與ug4為高電平時，V2和V4導(dǎo)通，使得Uo = -E，當(dāng)ug2或者ug4有一個為低電平時，則V2和V3或者Vl和V4導(dǎo)通而使得Uo = O。
[0010]由于逆變器以高頻PWM方式工作，要濾除高次諧波分量，使輸出電壓接近正弦波，設(shè)計LC濾波需滿足輸出電壓的諧波含量小，濾波參數(shù)和體積小，阻頻特性好，濾波系統(tǒng)消耗的功率小等原則來設(shè)計LC濾波，選擇LC濾波的截止頻率要遠小于PWM電壓中最低次諧波頻率，同時又要遠大于基波頻率，因此截止頻率選為載波頻率f的1/10-1/5，Δ Il =(Ud-Uab)*Uab/2LUdf，1/2Π V LC = 2f/10,求出LC的值，通過LC濾波后輸出電壓波形。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明單極性輸出電壓在一個載波周期內(nèi)有2次狀態(tài)轉(zhuǎn)變，所以輸出脈沖頻率是開關(guān)頻率的兩倍，高次諧波加倍，諧波含量減小，高次諧波頻率相同時，即輸出脈沖個數(shù)相同時，開關(guān)損耗減半，全橋倍頻式工作方式；一直為O輸出電壓諧波中減少了諧波分量，同時在不提高每個橋臂開關(guān)頻率的前提下，將最低次諧波提高到兩倍載波頻率附近，這對于輸出濾波更有利.低成本LC濾波就可以使輸出電壓波形的THD減小到3%以下，同時通過設(shè)計合適的緩沖電路，濾除開關(guān)管關(guān)斷時產(chǎn)生的尖峰電壓，再在IGBT上加上一定合適的散熱器，散出IGBT高速通斷的產(chǎn)生的熱量，保護了 IGBT，大幅度提升了性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明光伏逆變器主拓撲圖；
[0013]圖2為本發(fā)明IGBT逆變橋圖；
[0014]圖3為本發(fā)明單極性倍頻調(diào)制時序圖。

【具體實施方式】
[0015]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進一步的詳細說明。
[0016]如圖1、圖2、圖3所示，圖1為本發(fā)明光伏逆變器主拓撲圖；圖2為本發(fā)明IGBT逆變橋圖；圖3為本發(fā)明單極性倍頻調(diào)制時序圖。
[0017]光伏逆變器中的單極性倍頻調(diào)制方法，包括斷路器、IGBT逆變橋、變壓器、LC濾波、濾波器、可控硅、控制驅(qū)動板、微機板、IXD顯示、繼電器，直流電壓輸入經(jīng)過全橋逆變輸出交流電壓；逆變?nèi)珮蛉鐖D2所示，Vl和V2的通斷狀態(tài)為互補，V3和V4的通斷狀態(tài)為互補；本發(fā)明采用Microchip公司的dsPIC30F系列為主控芯片，采用哈弗構(gòu)架，有I個16位CPU和I個DSP內(nèi)核，片內(nèi)含有MCPWM電機專用PWM控制器，這一設(shè)置大大簡化了產(chǎn)生PWM波形的控制軟件和外部器件，通過編程產(chǎn)生獨立的具有RE 口直接輸出6路PWM信號給逆變器。采用三菱CM100/200/300/400DY-12NF系列IGBT，作為全橋逆變開關(guān)器件，它具有低驅(qū)動功率，低飽和電壓，高集成等特點，同時采用三菱M57962AL IGBT驅(qū)動芯片，它具有驅(qū)動能力好，功率大，保護性能好等優(yōu)點。
[0018]圖3中，單極性倍頻調(diào)制，Ug+和Ug為兩個反相的正弦信號作為調(diào)制波，幅值為Ugm,載波信號為Uc ;控制原理為:Ug+和UC交點控制Vl和V2，Ug-和UC交點控制V3和V4 ；單極性倍頻SPWM輸出電壓為:
[0019]U =+E, (VI，V3 導(dǎo)通)
[0020]U = O, (VI 和 V4 導(dǎo)通)或(V2 和 V3 導(dǎo)通)
[0021]U =-E, (V2, V4 導(dǎo)通)
[0022]即輸出電壓Uo的正半軸是由Ugl與ug3的與邏輯決定的，當(dāng)Ugl與ug3為高電平時，Vl和V3導(dǎo)通，使得Uo = +E,當(dāng)ugl或者ug3有一個為低電平時，則Vl和V4或者V2和V3導(dǎo)通而使得Uo = O,輸出電壓的負半軸是由ug2和ug4的與邏輯決定的，當(dāng)ug2與ug4為高電平時，V2和V4導(dǎo)通，使得Uo = -E，當(dāng)ug2或者ug4有一個為低電平時，則V2和V3或者Vl和V4導(dǎo)通而使得Uo = O。
[0023]單極性由圖3可以看出輸出電壓Uo在一個載波周期內(nèi)有2次狀態(tài)轉(zhuǎn)變，所以輸出脈沖頻率是開關(guān)頻率的兩倍，高次諧波加倍，諧波含量減小，高次諧波頻率相同時，即輸出脈沖個數(shù)相同時，開關(guān)損耗減半，全橋倍頻式工作方式。因為k = 2，4，6吣所以8^1^/2一直為O輸出電壓諧波中減少了 η = 1,3,5- ；k = O, 2，4…的諧波分量，同時在不提高每個橋臂開關(guān)頻率的前提下，將最低次諧波提高到兩倍載波頻率附近，這對于輸出濾波更有利.低成本LC濾波就可以使輸出電壓波形的THD減小到3%以下，同時通過設(shè)計合適的緩沖電路，濾除開關(guān)管關(guān)斷時產(chǎn)生的尖峰電壓，再在IGBT上加上一定合適的散熱器，散出IGBT高速通斷的產(chǎn)生的熱量，保護了 IGBT，大幅度提升了性能。
[0024]由于逆變器以高頻PWM方式工作，要濾除高次諧波分量，使輸出電壓接近正弦波，設(shè)計LC濾波需滿足輸出電壓的諧波含量小，濾波參數(shù)和體積小，阻頻特性好，濾波系統(tǒng)消耗的功率小等原則來設(shè)計LC濾波，選擇LC濾波的截止頻率要遠小于PWM電壓中最低次諧波頻率，同時又要遠大于基波頻率，因此截止頻率選為載波頻率f的1/10-1/5，Δ Il =(Ud-Uab) *Uab/2LUdf，1/2Π V LC = 2f/10,求出LC的值，通過LC濾波后輸出電壓波形。圖5驅(qū)動電路板中驅(qū)動信號部分包含驅(qū)動芯片M57926AL，驅(qū)動板包括電壓、電流的采集，欠壓、過壓、過載的檢測等一系列功能。
[0025]雖然本發(fā)明已以較佳實施例公開如上，但它們并不是用來限定本發(fā)明，任何熟習(xí)此技藝者，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，自當(dāng)可作各種變化或潤飾，但同樣在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.光伏逆變器中的單極性倍頻調(diào)制方法，其特征在于:直流電壓輸入經(jīng)過全橋逆變輸出交流電壓，哈弗構(gòu)架中的主控芯片內(nèi)含有專用PWM控制器，通過編程產(chǎn)生獨立的具有RE口直接輸出6路PWM信號給逆變器，驅(qū)動電路板包括電壓、電流的采集，欠壓、過壓、過載的檢測，其特征在于:單極性倍頻調(diào)制，Ug+和Ug為兩個反相的正弦信號作為調(diào)制波，幅值為Ugm,載波信號為Uc ;控制原理為:Ug+和UC交點控制Vl和V2，Ug-和UC交點控制V3和V4 ；單極性倍頻SPWM輸出電壓為:
U = +E, (VI, V3 導(dǎo)通) U = O, (VI和V4導(dǎo)通)或(V2和V3導(dǎo)通)
U = -E, (V2, V4 導(dǎo)通) 即輸出電壓Uo的正半軸是由ugl與ug3的與邏輯決定的，當(dāng)ugl與ug3為高電平時，Vl和V3導(dǎo)通，使得Uo = +E,當(dāng)ugl或者ug3有一個為低電平時，則Vl和V4或者V2和V3導(dǎo)通而使得Uo = O,輸出電壓的負半軸是由ug2和ug4的與邏輯決定的，當(dāng)ug2與ug4為高電平時，V2和V4導(dǎo)通，使得Uo = -E，當(dāng)ug2或者ug4有一個為低電平時，則V2和V3或者Vl和V4導(dǎo)通而使得Uo = O。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏逆變器中的單極性倍頻調(diào)制方法，其特征在于:所述LC濾波的截止頻率要遠小于PWM電壓中最低次諧波頻率，同時又要遠大于基波頻率，因此截止頻率選為載波頻率 f 的 1/10-1/5，Δ Il = (Ud-Uab)*Uab/2LUdf, 1/2Π V LC = 2f/10,求出LC的值，通過LC濾波后輸出電壓波形。
【文檔編號】H02M7/5395GK104201928SQ201410506128
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】張海波, 李麗麗, 王兆明, 孫邦伍 申請人:南京冠亞電源設(shè)備有限公司