二極管箝位級聯(lián)拓撲在直驅(qū)風電系統(tǒng)中的應用研究
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根據(jù)以上拓撲結(jié)構和控制原理，利用仿真軟件PSIM6．0搭建了系統(tǒng)模型。仿真參數(shù)如下：每一支路的直流側(cè)電壓為±400V，直流側(cè)電容為3400μF(6800μF兩串)，功率器件為IGBT和二極管，為簡化仿真，輸出采用LC濾波+星接阻，開關頻率為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，可見諧波主要集中在開關頻率的4n(n=1，2，3…)倍頻率處，也即12kHz的整數(shù)倍頻率附近，可見采用這種控制方法，使逆變器的等效開關頻率提高為原來的4倍。
根據(jù)系統(tǒng)原理和仿真結(jié)果構建了實驗系統(tǒng)。
實驗參數(shù)如下：移相變壓器變比為1:1:，直流側(cè)電容為兩個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(shù)與仿真相同，L=3mH，C=50μF，R=50Ω；輸出電壓頻率為50Hz，開關頻率為3kHz。由于受實驗條件限制，實驗中直流側(cè)電壓相對較低，將在隨后的研究中進一步提高電壓等級。
以下是部分實驗結(jié)果。圖6是輸入側(cè)電壓電流和直流側(cè)電壓波形，其中uia(Ch1)和iia(Ch3)分別是移相變壓器輸入側(cè)a相電壓和電流波形，udc是直流側(cè)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，可見通過移相變壓器和12脈波整流器，能夠明顯改善輸入側(cè)的電流波形質(zhì)量，提高輸入功率因數(shù)，降低發(fā)電機的諧波損耗，通過12脈波整流器得到的直流側(cè)電壓較為平穩(wěn)，能夠滿足逆變器的需要。
5 結(jié)語
本文采用的二極管箝位五電平H橋級聯(lián)拓撲，結(jié)合了兩種多電平拓撲的優(yōu)勢，使輸出電壓在常規(guī)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(jié)構，需要較少的獨立直流源，結(jié)合12脈波整流電路，對其在直接驅(qū)動型風電系統(tǒng)中的應用進行了初步探索，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(jié)合的載波調(diào)制方法，通過多路相位不同的三角載波與調(diào)制波比較，產(chǎn)生功率器件需要的驅(qū)動脈沖，控制簡單，實現(xiàn)方便，基于DSP+FPGA的脈沖發(fā)生電路，使多路驅(qū)動的產(chǎn)生變得簡單。仿真和實驗結(jié)果表明，把消諧波SPWM和載波相移SPWM相結(jié)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，降低器件的開關損耗和輸出濾波器的體積，為直驅(qū)風電系統(tǒng)在輸出沒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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