二極管箝位級聯(lián)拓撲在直驅風(fēng)電系統中的應用研究
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根據以上拓撲結構和控制原理，利用仿真軟件PSIM6．0搭建了系統模型。仿真參數如下：每一支路的直流側電壓為±400V，直流側電容為3400μF(6800μF兩串)，功率器件為IGBT和二極管，為簡(jiǎn)化仿真，輸出采用LC濾波+星接阻，開(kāi)關(guān)頻率為3kHz。
以下主要給出三相二極管箝位五電平級聯(lián)H橋逆變器的仿真波形。圖3所示是一相的相電壓仿真波形及其FFT分析，從圖3(a)可以看出，輸出相電壓波形為9電平，最高平臺電壓為1．6kV，圖3(b)為對應的FFT分析，可見(jiàn)諧波主要集中在開(kāi)關(guān)頻率的4n(n=1，2，3…)倍頻率處，也即12kHz的整數倍頻率附近，可見(jiàn)采用這種控制方法，使逆變器的等效開(kāi)關(guān)頻率提高為原來(lái)的4倍。
根據系統原理和仿真結果構建了實(shí)驗系統。
實(shí)驗參數如下：移相變壓器變比為1:1:，直流側電容為兩個(gè)6800μF電解電容串聯(lián)，逆變器功率模塊采用三菱公司IPM模塊，控制器采用TMS320F2407+FPGA，負載參數與仿真相同，L=3mH，C=50μF，R=50Ω；輸出電壓頻率為50Hz，開(kāi)關(guān)頻率為3kHz。由于受實(shí)驗條件限制，實(shí)驗中直流側電壓相對較低，將在隨后的研究中進(jìn)一步提高電壓等級。
以下是部分實(shí)驗結果。圖6是輸入側電壓電流和直流側電壓波形，其中uia(Ch1)和iia(Ch3)分別是移相變壓器輸入側a相電壓和電流波形，udc是直流側電壓(Ch2)波形。從圖中可以看到，電流波形接近正弦波，和輸入電壓的相位基本一致，可見(jiàn)通過(guò)移相變壓器和12脈波整流器，能夠明顯改善輸入側的電流波形質(zhì)量，提高輸入功率因數，降低發(fā)電機的諧波損耗，通過(guò)12脈波整流器得到的直流側電壓較為平穩，能夠滿(mǎn)足逆變器的需要。
5 結語(yǔ)
本文采用的二極管箝位五電平H橋級聯(lián)拓撲，結合了兩種多電平拓撲的優(yōu)勢，使輸出電壓在常規二極管箝位三電平電路的基礎上有了較大提高，相對于常用的單相級聯(lián)H橋結構，需要較少的獨立直流源，結合12脈波整流電路，對其在直接驅動(dòng)型風(fēng)電系統中的應用進(jìn)行了初步探索，而多相永磁同步發(fā)電機目前的應用也逐漸增多，可以提供所需的多路獨立直流電源。采用消諧波SPWM和載波相移SPWM相結合的載波調制方法，通過(guò)多路相位不同的三角載波與調制波比較，產(chǎn)生功率器件需要的驅動(dòng)脈沖，控制簡(jiǎn)單，實(shí)現方便，基于DSP+FPGA的脈沖發(fā)生電路，使多路驅動(dòng)的產(chǎn)生變得簡(jiǎn)單。仿真和實(shí)驗結果表明，把消諧波SPWM和載波相移SPWM相結合的控制方法應用于二極管箝位五電平級聯(lián)H橋拓撲中，能夠進(jìn)一步提高輸出功率和電壓等級，提高等效載波頻率，降低器件的開(kāi)關(guān)損耗和輸出濾波器的體積，為直驅風(fēng)電系統在輸出沒(méi)有變壓器的情況下直接并入中壓電網(wǎng)提供了可能。
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