本發(fā)明涉及dc-ac并網(wǎng)變換器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于三相雙buck拓?fù)渲械膶ΨQ全周期調(diào)制方法。

背景技術(shù)：

雙buck拓?fù)渥鳛閭鹘y(tǒng)橋式拓?fù)涞囊环N可替代拓?fù)?，在橋臂開關(guān)管之間串聯(lián)電感，將電感中點(diǎn)引出作為橋臂中點(diǎn)，在開關(guān)管關(guān)斷期間為了提供電感電流續(xù)流回路，需要在電感和開關(guān)管相連的端點(diǎn)串聯(lián)一個(gè)二極管，構(gòu)成了開關(guān)管、二極管、電感相連的正/負(fù)buck單元，因此每相雙buck橋臂可以視作由正負(fù)兩個(gè)buck單元組合而成。傳統(tǒng)橋式拓?fù)渲袨榱朔乐箻虮壑蓖ū仨氃陂_關(guān)管驅(qū)動信號中加入死區(qū)時(shí)間，死區(qū)會影響橋臂輸出正負(fù)電壓脈沖的分配，引入低頻諧波分量。而雙buck拓?fù)渥鳛橐环N無死區(qū)拓?fù)?，其橋臂電感避免了開關(guān)管直接串聯(lián)在直流母線上，不存在橋臂開關(guān)管直通問題，無須在開關(guān)管驅(qū)動信號中加入死區(qū)。

因?yàn)槎O管的存在，雙buck拓?fù)渲械恼?負(fù)buck單元僅能流過單向電流。根據(jù)正/負(fù)buck單元在整個(gè)工頻周期的工作模式，可將其分為半周期工作和全周期工作。半周期工作模式下，正/負(fù)buck單元根據(jù)橋臂輸出電流方向分時(shí)工作于電流的正負(fù)半周，正/負(fù)buck單元中的開關(guān)管僅在半個(gè)工頻周期內(nèi)高頻開關(guān)，二極管和開關(guān)管協(xié)同工作。因?yàn)閎uck單元中的單向電感電流中存在高頻紋波，電流的開關(guān)周期平均值在線性調(diào)制下無法減小至零，在正/負(fù)buck單元切換的電流過零時(shí)刻將出現(xiàn)明顯的電流畸變。電流畸變會引入大量低頻諧波電流，難以通過濾波器濾除，會導(dǎo)致進(jìn)網(wǎng)電流的諧波含量增大。

傳統(tǒng)全周期工作模式下，雙buck橋臂開關(guān)管和橋式拓?fù)渲袠虮凵舷麻_關(guān)管驅(qū)動邏輯相同，在整個(gè)工頻周期內(nèi)高頻互補(bǔ)開通關(guān)斷，即互補(bǔ)全周期。因?yàn)閎uck單元僅能流過單向電流，為了提供橋臂輸出的交流電流，正/負(fù)buck單元間存在一個(gè)直流環(huán)流，環(huán)流大小為橋臂輸出交流電流幅值的1/2。正/負(fù)buck單元中電流的交流分量相同，為橋臂輸出交流電流的1/2。正/負(fù)buck單元開關(guān)管互補(bǔ)開關(guān)，即正buck單元的開關(guān)管和負(fù)buck單元的二極管同時(shí)導(dǎo)通，負(fù)buck單元的開關(guān)管和正buck單元的二極管同時(shí)導(dǎo)通。因此正/負(fù)buck單元中點(diǎn)電位相同，兩個(gè)電感等效并聯(lián)工作，電感電流紋波相同，橋臂輸出電流紋波為電感電流紋波兩倍。為了充分抑制橋臂輸出電流中電流紋波對應(yīng)的高頻分量，以滿足網(wǎng)側(cè)電流的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，濾波器尺寸要設(shè)計(jì)得很大。

正/負(fù)buck單元開關(guān)管互補(bǔ)全周期工作時(shí)，其交流回路等效并聯(lián)工作，正/負(fù)buck單元各提供一半的橋臂輸出交流電流。但是橋臂輸出等效濾波電感值減小，為正/負(fù)buck單元電感并聯(lián)值，橋臂輸出電流的紋波增大，增大了濾波器的尺寸，降低了系統(tǒng)的功率密度。因此，提出合適的全周期調(diào)制策略減小橋臂輸出電流紋波，是將雙buck拓?fù)鋺?yīng)用于dc-ac并網(wǎng)逆變器所需解決的重要問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明針對上述背景技術(shù)的不足，提供一種應(yīng)用于雙buck拓?fù)渲械娜芷谡{(diào)制方法，減小雙buck橋臂輸出電流的電流紋波，降低濾波器設(shè)計(jì)要求，減小濾波器設(shè)計(jì)尺寸，提高雙buck拓?fù)鋺?yīng)用于dc-ac并網(wǎng)逆變器時(shí)的功率密度和輸出性能。

技術(shù)方案：

一種三相雙buck并網(wǎng)逆變器的對稱全周期調(diào)制方法，所述三相雙buck并網(wǎng)逆變器包括三相雙buck橋臂及三相l(xiāng)cl濾波器；所述雙buck橋臂由正負(fù)buck單元組合而成所述正/負(fù)buck單元由開關(guān)管、二極管、電感構(gòu)成；正/負(fù)buck單元中的電感同時(shí)作為lcl濾波器的橋臂側(cè)濾波電感；通過對稱全周期pwm調(diào)制產(chǎn)生三相雙buck橋臂中正/負(fù)buck單元的開關(guān)管驅(qū)動信號，對稱全周期pwm調(diào)制由每一相調(diào)制波和載波經(jīng)過比較器后的邏輯信號實(shí)現(xiàn)；三相調(diào)制波兩兩相差120°，三相載波相同，每一相由兩個(gè)比較器輸出正負(fù)buck單元兩個(gè)驅(qū)動信號。

具體步驟如下：

步驟1：生成一組頻率、幅值相同，且交錯(cuò)180°的高頻三角波作為載波，其頻率為開關(guān)管的開關(guān)頻率，其幅值和載波幅值之間比值為調(diào)制比的倒數(shù)；交錯(cuò)的載波分別送至比較器1的同相端和比較器2的反相端，對應(yīng)相橋臂的調(diào)制波送至比較器1的反相端和比較器2的同相端；

步驟2：以比較器1輸出的邏輯信號作為對應(yīng)相橋臂正buck單元開關(guān)管的驅(qū)動邏輯信號，以比較器2輸出的邏輯信號作為負(fù)buck單元開關(guān)管的驅(qū)動邏輯信號；正buck單元和負(fù)buck單元等效為交錯(cuò)并聯(lián)工作，橋臂輸出電流的等效開關(guān)頻率提高一倍，紋波減小一半。

有益效果：

一相橋臂中兩個(gè)開關(guān)管的驅(qū)動信號在開通時(shí)間上仍然是互補(bǔ)的，但是在導(dǎo)通時(shí)序上不是互補(bǔ)關(guān)系，而是中心對稱導(dǎo)通，此時(shí)正/負(fù)buck單元可以視作交錯(cuò)并聯(lián)，橋臂輸出電流的紋波為交錯(cuò)并聯(lián)后的電流紋波，等效開關(guān)頻率提高。對于正/負(fù)buck單元中電流紋波，僅和所在buck單元的開關(guān)管占空比相關(guān)，而開關(guān)管占空比由調(diào)制波決定，和開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)序無關(guān)。

本發(fā)明的對稱全周期調(diào)制方法，利用雙buck拓?fù)渲虚_關(guān)管無直通的特點(diǎn)，引入兩個(gè)開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通的模態(tài)，使雙buck橋臂中的兩個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)序由傳統(tǒng)的互補(bǔ)導(dǎo)通變?yōu)橹行膶ΨQ導(dǎo)通。正/負(fù)buck單元各自的工作模態(tài)不變，但組合后從并聯(lián)工作變?yōu)榻诲e(cuò)并聯(lián)工作的狀態(tài)，橋臂輸出電流紋波減小，等效開關(guān)頻率增加，可以有效減小濾波器的尺寸，提高逆變器功率密度。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明所述的三相雙bucklcl并網(wǎng)逆變器主電路拓?fù)鋱D；

附圖2為本發(fā)明所述的對稱全周期調(diào)制方法的實(shí)現(xiàn)示意圖；

附圖3為本發(fā)明所述的對稱全周期調(diào)制方法下一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)一相雙buck橋臂工作模態(tài)圖；

附圖4為本發(fā)明所述的對稱全周期調(diào)制方法和傳統(tǒng)互補(bǔ)全周期調(diào)制方法下驅(qū)動信號及電流波形圖；

附圖5為本發(fā)明所述的對稱全周期調(diào)制方法下三相橋臂輸出電流波形圖。

以上附圖中的主要符號名稱：cdc直流側(cè)電容；s1-s6：開關(guān)管；d1-d6：快恢復(fù)功率二極管；la1/la2：正/負(fù)buck單元電感；c：交流濾波電容；lg：網(wǎng)側(cè)濾波電感；udc：直流母線電流；idc：直流側(cè)輸入電流；ia1/ia2：正/負(fù)buck單元電流；ia/b/ci：橋臂輸出電流；ia/b/cg：網(wǎng)側(cè)電流；ua/b/c/g：電網(wǎng)電壓；p：直流母線正端；n：直流母線負(fù)端；a1/a2：正/負(fù)buck單元橋臂中點(diǎn)；a0：雙buck橋臂中點(diǎn)；umod：調(diào)制波；uc：高頻三角載波；ug_s1/2：開關(guān)管s1/2驅(qū)動信號。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。

圖1所示的是三相雙bucklcl并網(wǎng)逆變器主電路拓?fù)?，三相雙buck橋臂及直流側(cè)電容并聯(lián)在直流母線上，buck單元中的電感同時(shí)作為lcl濾波器的變流器側(cè)濾波電感。一相橋臂結(jié)構(gòu)圖由正負(fù)兩個(gè)buck單元構(gòu)成。以a相橋臂為例，開關(guān)管s1，二極管d2，電感l(wèi)a1構(gòu)成正buck單元；開關(guān)管s2，二極管d1，電感l(wèi)a2構(gòu)成負(fù)buck單元，正負(fù)buck單元組合成雙buck橋臂。

圖2是對稱全周期調(diào)制的實(shí)現(xiàn)方法，調(diào)制波和一組交錯(cuò)180°的高頻三角載波分別經(jīng)過比較器后作為雙buck橋臂正/負(fù)buck單元中兩個(gè)開關(guān)管的驅(qū)動信號。

圖3是a相橋臂在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的工作模態(tài)：模態(tài)1為開關(guān)管s1,s2同時(shí)導(dǎo)通；模態(tài)2為開關(guān)管s1,s2關(guān)斷且二極管d1,d2導(dǎo)通續(xù)流；模態(tài)3為開關(guān)管s1導(dǎo)通，二極管d1導(dǎo)通續(xù)流；模態(tài)4為開關(guān)管s2導(dǎo)通，二極管d2導(dǎo)通續(xù)流。其中開關(guān)管s1,s2驅(qū)動信號是中心對稱的，在調(diào)制波正半周，開關(guān)管s1的占空比大于0.5，此時(shí)一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的工作模態(tài)由模態(tài)1，模態(tài)2，模態(tài)3構(gòu)成；在調(diào)制波負(fù)半周，開關(guān)管s1的占空比小于0.5，一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的工作模態(tài)有模態(tài)1，模態(tài)2，模態(tài)4構(gòu)成。

圖4是在調(diào)制波正半周，雙buck橋臂開關(guān)管對稱全周期調(diào)制和互補(bǔ)全周期調(diào)制下，橋臂開關(guān)管驅(qū)動信號、正負(fù)buck單元電流及橋臂輸出電流波形。傳統(tǒng)互補(bǔ)全周期調(diào)制方法下，在開關(guān)管s1導(dǎo)通時(shí)開關(guān)管s2關(guān)斷，二極管d1導(dǎo)通續(xù)流；在開關(guān)管s2導(dǎo)通時(shí)開關(guān)管s1關(guān)斷，二極管d2導(dǎo)通續(xù)流?；パa(bǔ)全周期調(diào)制下的正負(fù)buck單元等效為并聯(lián)工作，正負(fù)buck單元的電感相同時(shí)其電感電流紋波也相同，其合成的橋臂輸出電流紋波為buck單元電感電流紋波的兩倍。對稱全周期調(diào)制方法和互補(bǔ)全周期調(diào)制方法相比，開關(guān)管s1,s2的導(dǎo)通時(shí)間不變，因此正負(fù)buck單元各自的工作情況不變，電感電流及其電流紋波和互補(bǔ)全周期調(diào)制方法下相同；保持開關(guān)管s1的驅(qū)動信號不變，將對稱全周期調(diào)制方法開關(guān)管s2的驅(qū)動信號移相180°，即得到對稱全周期調(diào)制的驅(qū)動信號。對稱全周期調(diào)制下的正負(fù)buck單元等效為交錯(cuò)并聯(lián)工作，正負(fù)buck單元的電感電流紋波交錯(cuò)并聯(lián)后，紋波幅值減小且紋波頻率為開關(guān)頻率的兩倍。

忽略濾波電感上基波壓降時(shí)，調(diào)制波表達(dá)式可以近似為

其中，umod為調(diào)制波，m為調(diào)制比，ugsinθ為網(wǎng)側(cè)相電壓，udc為直流側(cè)電壓。

互補(bǔ)全周期調(diào)制下和對稱全周期調(diào)制下，開關(guān)管s1的占空比相同，和調(diào)制波關(guān)系為

互補(bǔ)全周期調(diào)制下，正buck單元電感電流紋波可以根據(jù)開關(guān)管s1導(dǎo)通時(shí)段內(nèi)電流上升來確定

其中，l為buck單元電感感值，ts為開關(guān)周期，δibuck+為正buck單元電流紋波。

負(fù)buck單元電感電流紋波和正buck單元相同，橋臂輸出電流紋波δi為正/負(fù)buck單元電流紋波兩倍

對稱全周期調(diào)制下，橋臂輸出電流紋波可以根據(jù)(d-1/2)ts時(shí)段內(nèi)電流變化來確定，在該階段內(nèi)正buck單元和負(fù)buck單元電流變化率相同，因此

對比式(4)和式(5)，互補(bǔ)全周期調(diào)制和對稱全周期調(diào)制下電流紋波最大值分別為

因此，采用對稱全周期調(diào)制，橋臂輸出電流紋波最大值僅為傳統(tǒng)互補(bǔ)全周期調(diào)制的1/2，而電流紋波的等效開關(guān)頻率為實(shí)際開關(guān)頻率的兩倍。以上為圖4所示的調(diào)制波正半周的分析，調(diào)制波負(fù)半周時(shí)的情況和正半周時(shí)類似，此時(shí)式(5)和式(6)中的umod需要改為-umod。

圖5是三相橋臂輸出電流的仿真波形圖，仿真時(shí)直流母線電壓udc為700v，三相交流相電壓幅值為311v，調(diào)至比m為0.88。根據(jù)式(5)可知橋臂輸出電流紋波在調(diào)制波umod為零時(shí)達(dá)到最小值零，在調(diào)制波絕對值為0.5時(shí)達(dá)到最大值。

并網(wǎng)逆變器進(jìn)網(wǎng)電流總諧波含量及單次諧波含量都有要求，橋臂輸出電流中的高頻紋波電流經(jīng)過級聯(lián)的cl濾波器濾波后應(yīng)滿足進(jìn)網(wǎng)電流標(biāo)準(zhǔn)，忽略阻尼電阻時(shí)，進(jìn)網(wǎng)電流到橋臂輸出電流的傳遞函數(shù)為

其中，ig為網(wǎng)側(cè)電流，ii為橋臂輸出電流，lg為網(wǎng)側(cè)濾波電感，c為濾波電容。對于傳統(tǒng)互補(bǔ)全周期調(diào)制，橋臂輸出電流紋波的頻率為開關(guān)頻率，其在網(wǎng)側(cè)電流中的衰減率可表示為

對于對稱全周期調(diào)制，橋臂輸出電流紋波頻率為開關(guān)頻率兩倍，幅值為互補(bǔ)全周期調(diào)制是橋臂輸出電流紋波的一半，因此其在網(wǎng)側(cè)電流中的衰減率為互補(bǔ)全周期調(diào)制衰減率的兩倍即可

對比式(8)和式(9)，對稱全周期調(diào)制和傳統(tǒng)互補(bǔ)全周期調(diào)制相比，級聯(lián)的cl濾波器乘積可減小約1/8。在保證進(jìn)網(wǎng)電流諧波含量不增加的前提下，可以有效地減小濾波器的體積尺寸。選取對稱全周期調(diào)制下網(wǎng)側(cè)電感值為互補(bǔ)全周期調(diào)制下網(wǎng)側(cè)電感值1/8時(shí)的仿真結(jié)果，在互補(bǔ)全周期調(diào)制下進(jìn)網(wǎng)電流thd為2.7％左右，開關(guān)頻率附近邊頻諧波含量為0.8％左右；在對稱全周期調(diào)制下進(jìn)網(wǎng)電流thd為2.5％左右，兩倍開關(guān)頻率附近邊頻諧波含量為1％左右。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。