驗證全橋逆變器雙Buck型調制研究系統的正確性

全橋逆變器雙Buck型調制，不增加拓撲結構復雜程度，保留了雙降壓半橋逆變器(DBHBI)無(wú)橋臂直通的優(yōu)點(diǎn)，克服了直流電壓利用率低等缺點(diǎn)。采用電流瞬時(shí)值反饋SPWM控制策略，給出了該雙Buck型調制工作的原理，分析了其實(shí)現方法，通過(guò)仿真和實(shí)驗驗證了系統的正確性。

1 引言

隨著(zhù)可再生能源在世界范圍內的發(fā)展，逆變器系統作為新能源與電網(wǎng)的接口設備越來(lái)越受到關(guān)注，提高開(kāi)關(guān)頻率和實(shí)現高效率是目前研究的主要方向。全橋雙Buck型控制模式在不增加拓撲結構復雜程度基礎上，克服了傳統橋式逆變器存在的橋臂直通問(wèn)題，避免了加入死區造成輸出波形的畸變現象，具有高可靠性。工作在單極性調制方式下，輸出波形的諧波含量較小。

2 并網(wǎng)逆變器的系統原理

2.1 系統結構

并網(wǎng)逆變器系統結構如圖1所示。直流側輸入電壓為350 V，由太陽(yáng)能光伏陣列經(jīng)DC/DC升壓電路獲得。逆變橋輸出經(jīng)濾波器和并網(wǎng)開(kāi)關(guān)S連接到電網(wǎng)上。當S閉合時(shí)，逆變器輸出與電網(wǎng)連接，負載上的電壓由電網(wǎng)維持，并網(wǎng)功率的大小由并網(wǎng)電流決定。系統的控制算法由TMS3 20LF2808型DSP實(shí)現，當捕捉引腳檢測到電網(wǎng)電壓正向過(guò)零點(diǎn)時(shí)，啟動(dòng)內部并網(wǎng)控制算法程序，實(shí)現對電網(wǎng)頻率的鎖相跟蹤，并經(jīng)過(guò)運算，產(chǎn)生逆變器并網(wǎng)運行所需要的驅動(dòng)信號，控制逆變器的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，使逆變器實(shí)現單位功率因數并網(wǎng)運行。

2.2 雙Buck型調制模式的工作原理

雙Buck型調制模式不僅具有半橋型逆變器無(wú)需設置死區時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)，而且解決了傳統半橋逆變器(CHBI)因加入死區而引起的輸出波形畸

變問(wèn)題，上述內容中提到的雙極性的缺點(diǎn)在該方案中也不存在，而且每半個(gè)周期內只有一個(gè)開(kāi)關(guān)管在高頻斬波，在一定程度上減小了開(kāi)關(guān)損耗，提高了逆變器效率。

雙Buck型調制模式即每半個(gè)周期的工作情況都類(lèi)似于一個(gè)Buck電路，工作原理簡(jiǎn)單描述為：

(1)電感電流為正方向時(shí)，VS1開(kāi)通，VS2，VS3關(guān)斷，VS4斬波。當VS4開(kāi)通時(shí)，VS1，L1，L2，RL，VS4構成閉合回路;當VS4關(guān)斷時(shí)，VS1，L1，L2，RL，VD3構成閉合回路，電路通過(guò)VD3續流。

(2)電感電流為負方向時(shí)，VS3開(kāi)通，VS1，VS4關(guān)斷，VS2斬波。當VS2開(kāi)通時(shí)，VS3，RL，L1，L2，VS2構成閉合回路。當VS2關(guān)斷時(shí)，VS1，L1，L2，RL，VD1構成閉合回路，電路通過(guò)VD，續流。2.3 調制方案

逆變器并網(wǎng)目標是逆變器輸出高質(zhì)量的正弦電流，使其與電網(wǎng)電壓同頻同相位。電流控制方法一般采用電流瞬時(shí)值SPWM控制方式和電流滯環(huán)控制方式。前者是將與電網(wǎng)電壓同頻同相的基準信號iref與實(shí)際電感電流反饋信號iL進(jìn)行比較，其差值經(jīng)PR調節后與三角波(或鋸齒波)進(jìn)行比較，從而輸出SPWM驅動(dòng)信號。與電流滯環(huán)控制方式相比，電流瞬時(shí)值SPWM控制方式具有固定的開(kāi)關(guān)頻率，因此網(wǎng)側輸出濾波電感設計相對容易。

雙Buck型調制模式屬于單極性調制，相對于雙極性調制，該方法調制諧波分量小，易于消除，開(kāi)關(guān)損耗小。這里采用電流瞬時(shí)值反饋SPWM控制策略，其調制原理如圖2所示。

3 仿真與實(shí)驗

此處利用PSIM軟件對電路進(jìn)行仿真，其中Udc=350 V，ug為220V/50 Hz，額定功率P=2 kW，參考電流iref=12.86A，開(kāi)關(guān)頻率fs=20 kHz。L1=1.2 mH，L2=0.22 mH，C=2μF。圖3為仿真波形。

由圖3a可知，該調制方案輸出的電網(wǎng)電流波形質(zhì)量較好，達到了并網(wǎng)