← 返回
一种用于抑制共模电压的混合电平三相逆变器新型SVPWM方法
A New SVPWM for a Hybrid-Level Three-Phase Inverter for Common Mode Voltage Mitigation
| 作者 | Kotb B. Tawfiq · Hatem Zeineldin · Ahmed Al-Durra · Ehab F. El-Saadany |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Electronics |
| 出版日期 | 2024年12月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | 三相逆变器 PWM控制 空间矢量调制SVPWM |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 空间矢量脉宽调制 混合电平三相逆变器 共模电压 直流母线电容电压自平衡 性能评估 |
语言:
中文摘要
本文针对混合电平三相逆变器提出了一种新的空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术。这种新的SVPWM技术可使共模电压(CMV)的均方根(rms)值、<italic xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">dv/dt</i>以及跳变次数最小化。这是通过在每个区域内对空间矢量进行最优选择和排序来实现的。此外,从数学和实验两方面验证了混合电平逆变器直流母线电容电压的自平衡特性。另外,还将评估采用新PWM技术的新型逆变器的性能,并将其与文献中提出的PWM技术以及几种现有解决方案进行比较。这种比较通过实验方法和MATLAB仿真两种方式进行。在高调制指数下,与文献中提出的PWM技术相比,所提出的PWM技术使CMV降低了20.13%,CMV的<italic xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">dv/dt</i>降低了75%,CMV跳变次数减少了50%,且逆变器损耗相同。此外,在低调制指数下,与文献中提出的PWM技术相比,所提出的PWM技术使CMV降低了57.7%。在各种输入电压、调制指数和频率下进行的广泛动态测试验证了所提出系统的稳健性能。对光伏并网系统进行的实验评估显示,其漏电流为132 mA(现有方法为229.6 mA),总谐波失真(THD)为2.01%(现有方法为2.6%),这证实了该技术在国际电工委员会(IEC)标准范围内的有效性和优越性。
English Abstract
This article proposes a new space vector pulse width modulation (SVPWM) technique for a hybrid-level three-phase inverter. The new SVPWM minimizes the root mean square (rms) value, the dv/dt, and the number of transitions of the common mode voltage (CMV). This has been achieved by the optimal selection and sequence of space vectors in each region. Moreover, the self-balancing of the dc-link capacitor voltages of the hybrid-level inverter is mathematically and experimentally validated. Additionally, the performance of the new inverter with the new PWM will be evaluated and compared to the PWM introduced in the literature as well as several existing solutions. This comparison was conducted using both experimental methods and MATLAB simulations. At high modulation index, the proposed PWM has a 20.13% lower CMV, a 75% lower dv/dt of the CMV, a 50% lower number of CMV transitions, and the same inverter losses compared to the PWM introduced in the literature. Furthermore, it offers a 57.7% lower CMV compared to the PWM introduced in the literature at low modulation index. Extensive dynamic testing across various input voltages, modulation indices, and frequencies validates the proposed system's robust performance. Experimental evaluations with a PV grid system show a leakage current of 132 mA (compared to 229.6 mA in existing methods) and a total harmonic distortion (THD) of 2.01% (compared to 2.6%), confirming its effectiveness and superiority within IEC standards.
S
SunView 深度解读
从阳光电源光伏逆变器和储能系统的核心业务角度分析,该论文提出的混合电平逆变器空间矢量脉宽调制技术具有显著的工程应用价值。共模电压问题一直是制约光伏系统性能和可靠性的关键技术瓶颈,其引发的漏电流不仅影响系统安全性,还会加速组件退化,这与我们在大规模地面电站和分布式光伏项目中面临的实际挑战高度契合。
该技术的核心价值体现在三个维度:首先,在高调制指数下实现CMV有效值降低20.13%、dv/dt降低75%,这将直接转化为漏电流从229.6mA降至132mA,远优于IEC标准要求,这对提升我们无变压器型逆变器的市场竞争力至关重要。其次,THD从2.6%优化至2.01%,意味着更高的电能质量和并网友好性,这对我们在欧洲、澳洲等电网标准严格市场的拓展具有战略意义。第三,直流侧电容电压自平衡特性的数学验证,为简化控制算法、提高系统可靠性提供了理论支撑。
从技术成熟度评估,该方案已完成光伏并网系统的实验验证,且在不同输入电压、调制指数和频率下表现稳健,具备较高的工程化可行性。对阳光电源而言,技术机遇在于可将其集成到新一代组串式和集中式逆变器平台,特别是在高电压等级储能变流器产品中,共模电压抑制能力的提升将显著增强系统的EMC性能和长期可靠性。潜在挑战包括混合电平拓扑的成本优化、与现有产品平台的兼容性设计,以及大功率等级下的热管理和开关损耗平衡。建议将该技术纳入预研项目,重点评估在1500V系统和储能双向变流器中的应用潜力。