單相NPC型H橋級(jí)聯(lián)逆變器電容電壓不均與環(huán)流相互作用機(jī)理及建模研究*

呂敬高,朱俊杰,原景鑫

(1.海軍駐湖南地區(qū)軍事代表室，湖南 湘潭 411101，2.海軍工程大學(xué) 艦船綜合電力技術(shù)國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430033)

0 引 言

近年來(lái)，多電平逆變器在大功率交流傳動(dòng)、新能源供電、軌道交通等領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣泛[1-3]。與其他多電平逆變器相比，單相NPC型H橋級(jí)聯(lián)逆變器具有級(jí)聯(lián)靈活、結(jié)構(gòu)便于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，在中高壓電能變換場(chǎng)合應(yīng)用廣泛[4-6]。

目前較多文獻(xiàn)[1，7-11]對(duì)NPC型逆變器的均壓?jiǎn)栴}進(jìn)行了深入研究，均壓調(diào)制方法主要分為SPWM調(diào)制均壓和SVPWM調(diào)制均壓。文獻(xiàn)[9]研究了單相NPC型H橋逆變器的調(diào)制均壓方法，采用電壓電流雙閉環(huán)控制，將直流側(cè)電容電壓差引入電流預(yù)測(cè)控制實(shí)現(xiàn)均壓。文獻(xiàn)[10-11]通過(guò)編碼輪換技術(shù)實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)單元內(nèi)部均壓和各逆變器之間輸出功率均衡控制，實(shí)現(xiàn)了較好的均壓效果，同時(shí)減少了運(yùn)算量。文獻(xiàn)[12]采用兩矢量三段式合成參考矢量，利用冗余矢量對(duì)中點(diǎn)電位的不同作用進(jìn)行均壓滯環(huán)控制，取得了良好的均壓效果。文獻(xiàn)[13]對(duì)基于脈沖跳變SVPWM的電壓不均影響因素進(jìn)行了定量分析，建立了綜合多因素的電壓不均數(shù)學(xué)模型。但是沒(méi)有分析多臺(tái)逆變器并聯(lián)環(huán)流對(duì)電壓不均的影響。

很多文獻(xiàn)對(duì)逆變器的環(huán)流抑制進(jìn)行了深入研究。文獻(xiàn)[14-16]根據(jù)激勵(lì)源的不同，對(duì)環(huán)流進(jìn)行分類，針對(duì)不同類型的環(huán)流采用不同的抑制策略，但是采用硬件方法抑制高頻環(huán)流會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)體積增大。文獻(xiàn)[17]提出的改進(jìn)19矢量法，利用19個(gè)矢量進(jìn)行參考矢量合成，但采用的矢量合成方法是5段式，存在輸出電壓諧波含量高的問(wèn)題。文獻(xiàn)[18]提出基于PIR控制器的環(huán)流控制方法，能夠有效改善環(huán)流低頻分量的控制能力，但當(dāng)參考電流不相等時(shí)，環(huán)流會(huì)產(chǎn)生尖峰脈動(dòng)。為了消除尖峰脈動(dòng)，文獻(xiàn)[19]采用“PIR+前饋+雙采樣”的方法控制小矢量作用時(shí)間來(lái)抑制零序環(huán)流，取得了較好的環(huán)流抑制效果。

雖然上述文獻(xiàn)對(duì)NPC型逆變器的均壓控制和多電平逆變器的環(huán)流抑制進(jìn)行了研究，但是對(duì)電容電壓與環(huán)流之間的相互作用機(jī)理研究則較少。對(duì)于單相NPC型H橋級(jí)聯(lián)逆變器并聯(lián)系統(tǒng)而言，環(huán)流會(huì)影響逆變器的輸出電流，進(jìn)而對(duì)電容電壓不均造成影響，而逆變器之間的電容電壓不均差異會(huì)造成逆變器端口輸出電壓不一致，進(jìn)而產(chǎn)生環(huán)流，因此需要明確環(huán)流與電容電壓不均的相互作用機(jī)理，定量分析環(huán)流與電容電壓不均的關(guān)系，建立環(huán)流對(duì)電容電壓不均影響的數(shù)學(xué)模型。為此本文以一個(gè)控制周期為時(shí)間單位，推導(dǎo)了環(huán)流與電容電壓不均之間的相互關(guān)系。分析了周期穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)環(huán)流對(duì)電容電壓不均的作用，建立了基于阻滯增長(zhǎng)的環(huán)流作用模型，為環(huán)流作用下的電容電壓不均值預(yù)估提供了理論依據(jù)。

1 單相NPC型H橋級(jí)聯(lián)逆變器并聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖1為單相NPC型H橋級(jí)聯(lián)逆變器并聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它由兩個(gè)完全相同的單相NPC型H橋級(jí)聯(lián)逆變器A和B、電壓相等的恒壓源UH1和UH2以及RL負(fù)載構(gòu)成。每個(gè)單相NPC型H橋逆變器由橋臂a、b、c、d、支撐電容C1、C2、C3、C4構(gòu)成，其中橋臂a、b與支撐電容C1、C2并聯(lián)構(gòu)成的H橋單元為CH1，橋臂c、d與支撐電容C3、C4并聯(lián)構(gòu)成的H橋單元為CH2，CH1和CH2通過(guò)橋臂b、c的中點(diǎn)級(jí)聯(lián)構(gòu)成了單相NPC型H橋級(jí)聯(lián)逆變器，橋臂a、d的中點(diǎn)作為輸出端口與負(fù)載連接。兩臺(tái)逆變器的并聯(lián)方式為直流側(cè)共用恒壓源UH1和UH2，交流側(cè)輸出并聯(lián)在RL負(fù)載上。逆變器A和B的兩個(gè)輸出端口線路阻抗分別為ZA1、ZA2、ZB1、ZB2，RL負(fù)載的阻抗為Z,逆變器A和B的輸出電流分別為iLA和iLB，流經(jīng)RL負(fù)載的電流為iL1。

圖1 單相NPC型H橋級(jí)聯(lián)逆變器并聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

為了便于對(duì)兩臺(tái)逆變器并聯(lián)環(huán)流的定量分析，給出一個(gè)開(kāi)關(guān)周期單臺(tái)逆變器的電容電壓不均和輸出電壓表達(dá)式。

定義橋臂的狀態(tài)下

(1)

式中：Sxi(x=a,b,c,d;i=1,2,3,4)為1表示功率器件導(dǎo)通;Sxi為0表示功率器件關(guān)斷。

由于調(diào)制算法、死區(qū)等因素影響，單相NPC型H橋級(jí)聯(lián)逆變器中的支撐電容C1、C2、C3、C4的電壓值存在不均。對(duì)于單臺(tái)逆變器，一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)CH1和CH2的電容電壓不均表達(dá)式為[14]

(2)

式中：下標(biāo)k表示第k個(gè)矢量作用，Svk=Sak-Sbk+Sck-Sdk;ΔUh1表示上H橋電容電壓不均;ΔUh2表示下H橋電容電壓不均;iL1k表示第k個(gè)矢量作用時(shí)的負(fù)載電流;Δtk表示第k個(gè)矢量的作用時(shí)間，sign(x)符號(hào)函數(shù)定義為

逆變器輸出電壓uo表示為

uo=SaUC1-SbUC2+ScUC3-SdUC4

(3)

式中：UC1、UC2、UC3、UC4分別為支撐電容C1、C2、C3、C4的電壓值；Sa、Sb、Sc、Sd分別為式(1)定義的橋臂狀態(tài)。

根據(jù)疊加原理，逆變器實(shí)際輸出電壓uo可以等效為2個(gè)分量疊加：(1)電容電壓完全均衡的理想情況下，逆變器的輸出電壓uo1;(2)電容電壓不均等效電容電壓源ΔUh1引起的逆變器輸出電壓uo2。為了實(shí)現(xiàn)直流側(cè)按不同電壓源進(jìn)行等效分量分離，定義如下變量：

(4)

令St1=Sa+Sb，Sd1=Sa-Sb，St2=Sc+Sd，Sd2=Sc-Sd，式(3)可進(jìn)一步表示為

(5)

式中：UH/2為不存在電容電壓不均，理想情況下的電壓值，等效為恒壓源電壓值；Ud1/2和Ud2/2分別為CH1和CH2的支撐電容電壓不均值。

2 基于開(kāi)關(guān)周期的電容電壓不均與環(huán)流的關(guān)系

定性分析來(lái)看，環(huán)流會(huì)影響單臺(tái)逆變器的輸出電流iL，進(jìn)而對(duì)電容電壓不均造成影響，而兩臺(tái)逆變器電容電壓不均差異會(huì)導(dǎo)致逆變器的輸出電流不同，從而產(chǎn)生環(huán)流，因此環(huán)流和電容電壓不均之間存在相互作用關(guān)系。

2.1 電容電壓不均對(duì)環(huán)流的影響

圖2為兩臺(tái)逆變器并聯(lián)等效電路，定義兩臺(tái)并聯(lián)逆變器的環(huán)流為

圖2 2臺(tái)單相逆變器并聯(lián)等效電路圖

(6)

根據(jù)基爾霍夫電壓定律，得環(huán)流ih的表達(dá)式為

(7)

式中：uoA和uoB分別表示逆變器A和B的輸出電壓;ZA、ZB、Z分別表示逆變器A和B的線路阻抗和負(fù)載阻抗。

將式(5)代入式(7)可得到環(huán)流表達(dá)式為

ih=

(8)

記SA=(SaA,SbA,ScA,SdA),SB=(SaB,SbB,ScB,SdB),式中下標(biāo)A表示逆變器A的相關(guān)變量，下標(biāo)B表示逆變器B的相關(guān)變量。

可以看出，環(huán)流與線路阻抗、開(kāi)關(guān)矢量、電容電壓不均、恒壓源電壓大小有關(guān)，當(dāng)ZA=ZB，SA=SB且UdA≠UdB時(shí)，電容電壓不均對(duì)環(huán)流的表達(dá)式為

(9)

式(9)表明，環(huán)流激勵(lì)源是 (Ud1A-Ud1B)/2和(Ud2A-Ud2B)/2。這說(shuō)明即使并聯(lián)逆變器線路阻抗相同，開(kāi)關(guān)器件動(dòng)作完全一致，并聯(lián)逆變器電容電壓不均差異也會(huì)產(chǎn)生環(huán)流。

2.2 環(huán)流對(duì)電容電壓不均的影響

為了方便描述各電流之間的相互關(guān)系，根據(jù)疊加原理，進(jìn)行如下變量定義：

(10)

逆變器A和B的輸出電流表示為

(11)

式(11)表明，各并聯(lián)逆變器的輸出電流由兩個(gè)電流分量疊加而成：(1)各逆變器均分負(fù)載電流iL1/2;(2)環(huán)流id/2，因此環(huán)流的作用相當(dāng)于在均分負(fù)載電流上進(jìn)行了線性疊加，結(jié)合式(2)，可得引起逆變器電容電壓不均的電流ic表達(dá)式：

(12)

式中:St1A為A逆變器Sa+Sb的狀態(tài);St1B為B逆變器Sa+Sb的狀態(tài)。

因此,受環(huán)流影響時(shí)，一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)逆變器A和B的CH1電容電壓不均表達(dá)式分別為

ΔUh1(n)=

(13)

ΔUh2(n)=

(14)

式中:下標(biāo)n表示第n個(gè)采樣周期；A表示逆變器A有關(guān)的狀態(tài)量；B表示逆變器B有關(guān)的狀態(tài)量；id和iL1的定義如式(10)所示。

環(huán)流作用下，CH2的電容電壓不均表達(dá)式與式(13)、式(14)類似，不再贅述。可以看出，與單臺(tái)逆變器工作的電壓不均表達(dá)式式(2)相比，環(huán)流作用下的電容電壓不均表達(dá)式增加了環(huán)流分量引起的電壓不均。對(duì)于一個(gè)具體的控制周期，由于逆變器A和逆變器B的環(huán)流相位相反，環(huán)流的作用表現(xiàn)為,減小一臺(tái)逆變器的電容電壓不均，同時(shí)增大另外一臺(tái)逆變器的電容電壓不均，且作用程度由環(huán)流大小決定。

為了進(jìn)一步從物理概念的角度對(duì)環(huán)流的作用進(jìn)行說(shuō)明，圖3給出了矢量SA=SB=(1,-1,0,-1)作用時(shí)的環(huán)流路徑，假設(shè)環(huán)流從逆變器A流向逆變器B，雖然存在2條環(huán)流路徑，但經(jīng)過(guò)Sa1的環(huán)流不流過(guò)電容，而經(jīng)過(guò)Sb3、Sc2的環(huán)流流過(guò)電容C4，造成C4B充電，C4A放電。

圖3 2臺(tái)單相逆變器并聯(lián)環(huán)流路徑

通過(guò)分析逆變器的等效電路，可以得到：當(dāng)iL1<0時(shí)，開(kāi)關(guān)矢量(1,-1,0,-1)對(duì)C4充電，疊加了環(huán)流的作用后，C4B充電作用更明顯，而C4A的充電作用被減弱，意味著(1,-1,0,-1)對(duì)逆變器A的均壓調(diào)節(jié)能力加強(qiáng)，逆變器B的調(diào)節(jié)能力減弱；同理，當(dāng)iL1>0時(shí)，逆變器A的均壓調(diào)節(jié)能力減弱，逆變器B的調(diào)節(jié)能力加強(qiáng)。

綜上所述，環(huán)流和電容電壓不均的關(guān)系為：電容電壓不均差異是環(huán)流的激勵(lì)源之一，即使逆變器的線路阻抗和開(kāi)關(guān)動(dòng)作完全相同，如果兩臺(tái)逆變器的電容電壓不均存在差異，也會(huì)產(chǎn)生環(huán)流；對(duì)于一個(gè)控制周期，環(huán)流會(huì)改善一臺(tái)并聯(lián)逆變器的電容電壓不均，同時(shí)惡化另一臺(tái)逆變器的電容電壓不均。

3 穩(wěn)態(tài)阻滯增長(zhǎng)的環(huán)流作用模型

根據(jù)式(8)，逆變器并聯(lián)環(huán)流產(chǎn)生的因素有很多，為了簡(jiǎn)化分析，只研究由輸出線路阻抗差異產(chǎn)生的環(huán)流對(duì)電容均壓的影響。假設(shè)兩臺(tái)逆變器的輸出阻抗不平衡系數(shù)為n，且滿足ZB=nZA(n≥1)，兩臺(tái)并聯(lián)逆變器采用主從控制，忽略通信延遲造成的開(kāi)關(guān)動(dòng)作差異。

對(duì)于每一個(gè)控制周期，環(huán)流會(huì)造成一臺(tái)逆變器的矢量均壓調(diào)節(jié)能力增強(qiáng)，另一臺(tái)調(diào)節(jié)能力減弱。但對(duì)整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中的均壓效果而言，環(huán)流對(duì)均壓的作用效果受以下因素的影響：(1)環(huán)流的大?。?2)運(yùn)行過(guò)程中St≠ 0的作用時(shí)間；(3)環(huán)流與負(fù)載電流的相位關(guān)系；(4)輸出電壓作用電平。直接分析一個(gè)基波周期中每一個(gè)控制周期的作用比較復(fù)雜，而且得到的模型適應(yīng)性差，為此從宏觀角度考慮環(huán)流對(duì)均壓的數(shù)學(xué)模型。采用“假設(shè)—建?！蠼狻獧z驗(yàn)—校正”的思路進(jìn)行環(huán)流建模，具體步驟如下：

(1)模型建立。根據(jù)式(13)和式(14)，為了衡量由環(huán)流產(chǎn)生的電容電壓不均大小，定義環(huán)流產(chǎn)生的電壓不均Udih：

(15)

式中:下標(biāo)i表示CHi的相關(guān)變量，由于ZB=nZA，(n≥1)，運(yùn)行時(shí)iLA≤iLB。

對(duì)逆變器A而言，環(huán)流產(chǎn)生的電容電壓不均分量具有改善均壓的作用，電容電壓不均減小后環(huán)流分量的作用進(jìn)一步減小，最終達(dá)到自平衡狀態(tài)，因此均壓算法對(duì)環(huán)流產(chǎn)生的電壓不均作用較小，電容電壓不均變化不明顯。對(duì)逆變器B，由于環(huán)流和電容電壓不均具有相互激勵(lì)的作用，不能實(shí)現(xiàn)自平衡，電容電壓不均受到均壓算法的限制。根據(jù)第2節(jié)的分析可知，電容電壓不均和環(huán)流相互影響，環(huán)流較小時(shí)，產(chǎn)生的電容電壓不均分量較小，電容電壓不均受環(huán)流影響不大，均壓算法對(duì)其抑制作用較??；隨著環(huán)流的增大，電容電壓不均與環(huán)流的相互作用越來(lái)越明顯，產(chǎn)生的電容電壓不均越來(lái)越大，此時(shí)均壓算法對(duì)環(huán)流分量產(chǎn)生的電壓不均作用也在逐漸增強(qiáng)。但是二者的相互激勵(lì)并不會(huì)使環(huán)流和電容電壓不均無(wú)限增長(zhǎng)，當(dāng)環(huán)流達(dá)到一定程度時(shí)，由于產(chǎn)生的電容電壓不均非常大，均壓算法對(duì)其抑制作用達(dá)到最大，電容電壓不均達(dá)到上限。這一變化過(guò)程與阻滯增長(zhǎng)模型的變化規(guī)律十分類似，不妨先假設(shè)電容電壓不均與環(huán)流的關(guān)系符合阻滯增長(zhǎng)模型。

阻滯增長(zhǎng)模型微分表達(dá)式為

(16)

式中:K為均壓算法容納的電容電壓不均最大值，大小與均壓算法、電容大小等外部因素有關(guān);r為電容電壓不均增長(zhǎng)率。

該函數(shù)的積分形式為

(17)

式中:a為積分常數(shù)，與無(wú)環(huán)流時(shí)的電容電壓不均大小有關(guān)。

(2)參數(shù)求解。阻滯增長(zhǎng)模型的參數(shù)主要有K、a、r，相關(guān)的求解方法有很多，本文采用文獻(xiàn)[20]介紹的三點(diǎn)迭代法進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，計(jì)算公式如下：

(18)

(19)

式中:Ud1h(1)、Ud1h(2)、Ud1h(3)分別表示環(huán)流起始點(diǎn)，中間點(diǎn)和終止點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電容電壓不均值。

通過(guò)改變線路阻抗不均系數(shù)n，得到以ih/iL為橫軸、Ud1h為縱軸的仿真數(shù)據(jù)點(diǎn)，利用式(18)和式(19)計(jì)算的參數(shù)值為K=54.48,a=247.7,r=3 389。

(3)模型檢驗(yàn)。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，通過(guò)線路阻抗調(diào)整，一般將環(huán)流限定在負(fù)載電流的10%以內(nèi)。為了研究環(huán)流對(duì)電容電壓不均的變化規(guī)律，通過(guò)改變逆變器輸出線路阻抗大小，仿真得到多組環(huán)流與電容電壓不均的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖4中曲線1、2分別為逆變器A、B的CH1電容電壓不均隨環(huán)流大小的變化曲線，曲線3為環(huán)流導(dǎo)致的電壓不均Udih。可以看出，逆變器A的電容電壓不均基本保持不變，這是由于環(huán)流具有自平衡作用；逆變器B的電容電壓不均隨環(huán)流發(fā)生變化，而且當(dāng)環(huán)流為7%左右時(shí)發(fā)生突變，曲線3的變化趨勢(shì)與曲線2的變化趨勢(shì)基本一致，說(shuō)明環(huán)流對(duì)逆變器A的電容電壓不均影響比較小。由于逆變器A、B采用主從控制，即使不存在環(huán)流，2臺(tái)逆變器的電容電壓之間也會(huì)存在固有的中點(diǎn)電位差。采用式(17)的阻滯模型對(duì)曲線3進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到擬合結(jié)果為曲線4?？梢钥闯觯€4在環(huán)流較小的部分?jǐn)M合較差，數(shù)據(jù)點(diǎn)與計(jì)算值存在零偏；在7%后的部分能基本反映電容電壓不均的變化趨勢(shì)，但數(shù)據(jù)點(diǎn)存在波動(dòng)現(xiàn)象，計(jì)算值的精度有待提高。

圖4 環(huán)流對(duì)電容電壓不均的影響曲線

(4)模型修正。針對(duì)圖4所示的模型誤差，對(duì)阻滯模型進(jìn)行修正，在阻滯模型的基礎(chǔ)上加入幅值補(bǔ)償系數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)流較小的部分進(jìn)行平移，同時(shí)為了反映環(huán)流對(duì)電容電壓不均的波動(dòng)影響，加入正弦波動(dòng)分量提高擬合精度。

修正后的電容電壓不均Ud1h表達(dá)式為

(20)

式中:k·ih+b為線性幅值補(bǔ)償;c為波動(dòng)分量幅值系數(shù);ωh為波動(dòng)角頻率;d為波動(dòng)相位系數(shù)。

采用非線性最小二乘法對(duì)式(20)進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，得到最優(yōu)參數(shù)取值：(K,a,r,k,b,c,ωh,d)=(22.9,1 735,2 378,245.9,9.709,1.756,286,3.354)，模型校正后的電容電壓不均與環(huán)流關(guān)系擬合曲線如圖5所示。可以看出，擬合曲線較好地反映了電壓不均的變化趨勢(shì)。

圖5 模型校正后的擬合曲線

為了定量分析模型的擬合程度，采用擬合決定系數(shù)R2對(duì)擬合的效果進(jìn)行評(píng)估，R2的表達(dá)式為

(21)

含有正弦分量和線性分量的阻滯修正模型能比較準(zhǔn)確地描述環(huán)流對(duì)電容電壓不均的作用，阻滯模型反映了均壓算法對(duì)電容電壓不均存在容納上限。在環(huán)流作用的初期，由于產(chǎn)生的電容電壓不均量較小，均壓算法對(duì)其抑制作用不明顯，電容電壓線性增長(zhǎng)，同時(shí)帶有一定的波動(dòng)性；當(dāng)環(huán)流增大到拐點(diǎn)時(shí)，電容電壓不均進(jìn)入加速增長(zhǎng)區(qū)，均壓算法對(duì)電容電壓不均的調(diào)節(jié)能力逐漸增強(qiáng)；當(dāng)均壓算法的調(diào)節(jié)能力等于電容電壓不均增長(zhǎng)能力時(shí)，隨著環(huán)流的增加，電容電壓不均增速受到均壓算法限制，電容電壓不均達(dá)到上限值。

4 仿真及試驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 仿真驗(yàn)證

為了驗(yàn)證環(huán)流模型的正確性，首先對(duì)單臺(tái)逆變器的調(diào)制算法進(jìn)行驗(yàn)證，基于MATLAB/Simulink建立單相NPC型H橋級(jí)聯(lián)逆變器仿真模型，調(diào)制算法采用文獻(xiàn)[13]提出的脈沖跳變SVPWM滯環(huán)均壓算法。主要仿真參數(shù)如表1所示。逆變器輸出電壓和電流波形如圖6所示。可以看出，調(diào)制算法能輸出穩(wěn)定的單相電流波形和九電平電壓波形，圖7為直流側(cè)電容電壓波形，電容電壓不均在200 V的范圍內(nèi)波動(dòng)，說(shuō)明均壓算法能均衡直流側(cè)的電容電壓。單臺(tái)逆變器能實(shí)現(xiàn)均壓逆變的功能，為兩臺(tái)逆變器的并聯(lián)實(shí)驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。

表1 主要仿真參數(shù)

圖6 單相NPC型H橋級(jí)聯(lián)逆變器輸出電壓和電流波形

圖7 直流母線電容電壓波形

4.2 環(huán)流阻滯模型試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證環(huán)流阻滯模型的正確性，搭建了單相NPC型H橋級(jí)聯(lián)逆變器試驗(yàn)平臺(tái)，控制器采用DSP28335+FPGA的控制架構(gòu)，其中DSP用來(lái)計(jì)算作用矢量和作用時(shí)間，F(xiàn)PGA發(fā)出對(duì)應(yīng)的脈沖。

并聯(lián)主從控制的脈沖延時(shí)約為十幾微秒，對(duì)環(huán)流的影響非常小，因此線路阻抗大小不同是產(chǎn)生環(huán)流的主要因素。圖8為兩臺(tái)逆變器并聯(lián)時(shí)逆變器輸出電流及對(duì)應(yīng)的環(huán)流波形。

圖8 逆變器負(fù)載電流與環(huán)流

為了產(chǎn)生指定大小的環(huán)流，進(jìn)一步在RT-Lab試驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行環(huán)流試驗(yàn)。通過(guò)改變逆變器A、B的線路阻抗不均系數(shù)k，產(chǎn)生預(yù)定的環(huán)流，測(cè)量得到的環(huán)流與電容電壓不均如圖9所示，環(huán)流阻滯模型計(jì)算的理論值與試驗(yàn)值的擬合決定系數(shù)為0.945，說(shuō)明環(huán)流阻滯模型能較好反映環(huán)流對(duì)電容電壓不均的作用。

圖9 電容電壓不均與環(huán)流關(guān)系

5 結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)兩臺(tái)單相NPC型H橋級(jí)聯(lián)逆變器的并聯(lián)環(huán)流進(jìn)行了研究，主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下：

(1)定量分析了一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)環(huán)流與電容電壓不均的相互關(guān)系，即：電容電壓不均差異是環(huán)流的激勵(lì)源之一，兩臺(tái)逆變器的電容電壓不均存在差異會(huì)產(chǎn)生均壓環(huán)流；對(duì)于一個(gè)控制周期，環(huán)流會(huì)改善一臺(tái)并聯(lián)逆變器的電容電壓不均，同時(shí)惡化另一臺(tái)逆變器的電容電壓不均。

(2)建立了穩(wěn)態(tài)環(huán)流阻滯模型。采用“假設(shè)—建模—求解—檢驗(yàn)—校正”的思路進(jìn)行環(huán)流建模，避免了多因素建模的復(fù)雜過(guò)程，并通過(guò)仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性，仿真得到的模型擬合決定系數(shù)為0.963 8，試驗(yàn)得到的模型擬合決定系數(shù)為0.945 0。該模型為環(huán)流大小下的電容電壓不均預(yù)估提供了理論依據(jù)。