电源技术中的三电平光伏并网逆变器共模电压SVPWM抑制策略研究
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2020-11-06
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电源技术中的三电平光伏并网逆变器共模电压电源技术中的三电平光伏并网逆变器共模电压SVPWM抑制策抑制策
略研究略研究
摘要：本文提出了一种优化空间矢量脉宽调制方法来抑制光伏并网逆变器中产生的共模电压。在分析共模电压
产生机理的基础上，对通常SVPWM调制技术进行改进, 调整了有效矢量的选择范围, 并对开关次序进行优化。该
空间矢量合成算法克服了SPWM调制存在的母线电压利用率低，线性调制区小的问题。仿真结果表明，该算法
可以将共模电压幅值抑制到普通SVPWM算法的1/2，具有良好的有效性和实用性。 1 引言 目前, 多电
平变流器以其突出的优点在高压大功率变流器中得到了日益广泛的应用,它不仅能减少输出波形的谐波，也易于
进行模块化设计[1, 2]。二极管中点箝位式(NPC)三电平拓扑结构即是高压大功率变频器
摘要：本文提出了一种优化空间矢量脉宽调制方法来抑制光伏并网逆变器中产生的共模电压。在分析共模电压产生机理的
基础上，对通常SVPWM调制技术进行改进, 调整了有效矢量的选择范围, 并对开关次序进行优化。该空间矢量合成算法克服了
SPWM调制存在的母线电压利用率低，线性调制区小的问题。仿真结果表明，该算法可以将共模电压幅值抑制到普通SVPWM
算法的1/2，具有良好的有效性和实用性。
1 引言
目前, 多电平变流器以其突出的优点在高压大功率变流器中得到了日益广泛的应用,它不仅能减少输出波形的谐波，也易于
进行模块化设计[1, 2]。二极管中点箝位式(NPC)三电平拓扑结构即是高压大功率变频器的主流拓扑结构之一[3] 。然而在三电
平变流器的应用中, 也出现了一些问题，特别是共模电压问题。目前，变频器共模电压的抑制方法主要有两种：一是外加无源
滤波器等，或有源滤波器[4-6]，这类方法会导致体积和成本显著增加，且不易应用于高压大容量场合；二是通过控制策略从源
头减小共模电压，文献[7]、[8]提出一种SPWM消除共模电压的调制方法。该方式是通过异相调制来消除开关共模电压,但是存
在直流电压利用率低、线性调制区过小的问题。
针对SPWM调制的电压利用率低、不利于运用于各种调制比工况下的缺点，本文从三电平逆变器共模电压形成机理出
发，提出了一种基于优化电压空间矢量(SVPWM)方法, 可有效抑制三电平逆变器输出共模电压。并通过Matlab/Simulink软件对
该方法进行了仿真验证, 结果表明效果良好。
2 光伏三电平逆变器及其共模电压
本文研究的三电平光伏逆变器系统如图1所示。其输入为光伏阵列的直流电压，逆变器主拓扑为NPC三电平结构。设直流
母线电压的幅值为Vdc,用开关状态字“1”,“0”和“-1”分别表示逆变器每相输出为+Vdc/2、0和-Vdc/2的三种状态,则三相三电平逆
变器总共有27种不同的开关状态。根据幅值和相位可以画出三电平逆变器的电压空间矢量图，具体如图2所示。
对于三电平逆变器而言, 必须保证输出电压的基波分量幅值与输出频率成一定的正比关系变化, 其共模电压的计算与它们的
触发方式有关。设Ua、Ub、Uc分别为逆变器的三相相电压。根据三相三线制的对称性原理, 推得三相输出电压波形的共模电
压为：
因而，对应三相三电平每一种开关序列的共模电压大小如表1所示。
表1 输出控制字与共模电压的关系
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