相移SPWM多电平变流器有源滤波器的仿真

1、相移SPWM多电平变流器有源滤波器的仿真2OO3年2月高电压技术第29卷第2期?27?相移SPWM多电平变流器有源滤波器的仿真SimulationofMuhiIevelConverterwithCarrierPhaseShiftedSPWMinActivePowerFilter李建林,张仲超(浙江大学,杭州310027)摘要通过仿真研究了级联型CPSSPWM多电平变流器在电力有源滤波器中的应用问题.在并联有源滤波器的应用系统中,由于直流侧不需要提供有功功率,级联型多电平变流器的优势得到了充分的发挥;而CPSSPWM技术良好的谐波传输特性也得到了良好的利用.AbstractInthispaper

2、,theapplicationsofcascadeCPSSPWMmultilevelconvertersinactivepowerfilterareresearchedthroughsimulation.Inappliedsystemofparalleledactivepowerfilter,theadvantageofcascademultilevelconvertersisputforthsufficientlybecauseactivepowerisnotneededonDCbus.Moreover,theexcellentsignaltransmittingfeatureofCPSSP

3、WMisalsoemployed.关键词载波相移(CPSSPWM)技术级联型多电平变流器有源电力滤波器KeywordscarrierphaseshiftedSPWM(CPSSPWM)cascademultilevelconverteractivepowerfilter(APF)中图分类号TM461.5文献标识码A0引言多电平变流器电路拓扑主要有3种:二极管钳位型,浮动电容型及具有独立直流电源的级联逆变器型.文E1详细介绍了它们的原理和特性,其中用于无功补偿的级联型变流器拓扑结构使用的器件数最少,输出谐波低,各模块结构相同,可实现模块化设计和组装,无须额外的钳位二极管或平衡电容,易于多重组合,安

4、装,调试.它由N个单相全桥模块在交流侧串联构成一相桥臂对,直流侧相互独立(见图1).这种结构可利用软开关技术,减小缓冲电路的尺寸甚至可采用无缓冲电路.在控制上,已有的文献均采用开关频率控制L3,不同的模块开关角不同用以消除低次谐波,控制直流电压调节输出基波电压.这种方法动态响应较差,开关负荷不一致,难以输出较宽频带的信号,不适于有源滤波器等要求较高调节性能的大功率场合.为此,本文提出了基于载波相移SPWM技术的级联型变流器L4,将相移SPwM组合变流器的优点引入级联型变流器,具有广阔的应用前景.1基于CPSSPWM技术级联型多电平变流器基于CPSSPWM技术级联型多电平变流器实质是载波相移(C

5、PSSPWM)技术的调制方式和级联型变流器的拓扑结构有机结合L5.单相全桥模块见图2(a),频率为周期为丁的三角波丁与频率为的调制波的交点作为开关Sw1,SW4的开关点,而且Sw1,Sw4的门极信号互补(见图2(b),(c),三角波丁:与71幅值相等,相位相反,丁.与调制波的交点作为开关SW2,sw3的开关点,见图2(d),(e).在图2的级联型变流器中,每个模块均采用CPSSPWM控制,且个模块采用相同的正弦调制波.三角载波T(1),T(2),Tl(3)71(N)的相位依次相差/(2N),每个模块的输出都是两个三角波与调制波相交产生的PWM信号的叠加,是三逻辑信号.3个单相级联型变流器,通过

6、Y或型连接可构成三相级联型变流器.ggNg2g3图1级联型变流器图2单相全桥模块主电路结构的控制信号产生2级联型电力有源滤波器CPSSPWM的级联型变流器模块的直流侧由独立的电容储能,容易实现直流侧电压均衡.该技术使装置等效开关频率提高8倍,交流侧电感大大降低,不仅降低了装置的体积和成本,还有助于改善APF系统的动态响应,一定程度上缓解电压源型APF难以设计的缺陷;另外,通过提高等效开关频率可增加整个变流器的传输带宽及有源电力滤波器对高次谐波的补偿能力.由于采用级联型变流器的结构,APF可直接与电网并联(见图3).3仿真结果由于各变流器单元工作状态平衡对称,且直流侧相互独立,容易实现直流侧电压

7、均衡.在调制上,装置的等效开关频率比器件实际开关频率提高2N倍(为级联级数),由于级联型多电平变流器不需要通过变压器可直接与电网并联,对于提高装置的容量有很大的潜力.鲁漱氟一?28?Feb.2003HIGHVOITAGEENGINEERINGVo1.29No.2lIlA#IIIl”毒蠢毒图3由级联型变流器构成的并联型APF图4为验证图3系统的4单元构成的仿真系统.各个模块的频率调制比为12,器件开关频率为600Hz,非线性负载的最高谐波电流为17次.在如此低的工作频率下,有源滤波器能较好地补偿高次谐波电流,系统的工作波形见图5.单相变流器模块4图4系统仿真框图4结语a.各单相一桥模块的器件在基

8、频下开通关断,损耗小,效率高,等效开关频率不需要通过变压器级联.解决了装置功率大与器件开关频率低的矛盾;b.为了获得同样的电平数在多电平变流器中使用的器件数最少.由于每个模块采用相同的电路结构,可实现模块化设计和组装,无须额外的嵌位二极管或平衡电容且开关管工作状态和负荷一致;C.基于低压小容量变换器级联的组成方式,技术成熟,易于模块化;d.直流侧容易实现电压均衡;e.可采用软开关技术,以避免笨重,耗能的阻一容吸收电路;f.解决了传统开关角控制变流器的存在的问题,输入输出之间传输频带宽,传输特性好,能够引入一些优秀的控制方法.参考文献1LaiJihSheng,PengFangzheng,Mult

9、ilevelconvertersanewbreedofpowerconvertersJ.IEEETransonIndAppl,1996,32(3):5O95172PengFangzheng,eta1.AmultilevelvoltagesourceinverterwithseparateDCsourcesforstaticvargeneration图5APF工作波形其中(a)为电网相电压波形,(b)为负载电流模拟三相电流型可控整流电路的工作波形,(c)为有源滤波器输出电流波形,(e)为模块直流侧电流电流波形,(d)为经补偿后的电网电流波形,(f)为其频谱分布,THD为4.2.可见较低的器件开关

10、频率下,APF能够达到较好的补偿效果.J.IEEETransonIndAppl,1996,32(5):l130l1383KairaNabae,IsaoTakahashi,AkagiH.AnewneutralpointclampedPWMinverterJ.IEEETransonIndAppl,1981,17(5):5185234ZhangZC,OoiBT.MuhimodularcurrentsourceSPWMconvertersforsuperc0nductingamagneticenergystoragesystemJ.IEEETransonPowerElectron,1993,8(3):2502565张仲超,张劲东,方强.特大功率组合变流器的相移SPWM技术J.电工技术学报,1997,12(2):27376ZhangZC,KuangJB,OoiBT.ForcedcornmutatedHVDCandSVCbasedonphaseshiftedmulticonvertermodulesJ.IEEETransonPD,1993,8(4):7127187KazeraniMehrdad,ZhangZCandOoiBT.LinearlycontrollableboostvoltagesfromtrilevelPWMcurr