NPC型三电平半桥并网逆变器研究
太阳能是目前利用比较广泛的新能源之一，光伏发电的容量及规模在不断地扩大。中点箝位(Neutral Point Clamped,NPC)型三电平半桥拓扑由于结构及控制相对简单，在高压大容量光伏并网逆变系统中应用广泛。本文主要研究单相NPC型三电平半桥逆变器的开关器件损耗分布、直流侧电容均压控制策略及其光伏并网逆变技术，其中，直流侧电容均压控制是需要解决的首要问题。 本文详细分析了3种衍生NPC型三电平半桥拓扑(三电平有源NPC(Three-level Active NPC,3L-ANPC)，三电平层叠 NPC(Three-level Stacked NPC,3L-SNPC)，三电平有源层叠 NPC(Three-level Active and Stacked NPC,3L-ASNPC))的零电平续流路径的特点，分别总结了4种SPWM调制策略。在此基础上，研究了各调制策略对NPC型拓扑开关器件损耗分布的影响，与传统3L-NPC拓扑相比，衍生NPC型拓扑结构及其SPWM调制策略的变化不仅可以改善开关器件损耗分布的均衡程度，而且开关器件的总损耗基本不变。根据各拓扑开关器件损耗分布的特点可得：传统3L-NPC拓扑适用于中小功率场合；3L-ANPC拓扑不易调节开关器件的损耗；3L-SNPC拓扑易于改善开关器件的损耗分布，适用于大功率场合；3L-ASNPC拓扑结构复杂，无明显优势。 本文从频域和时域角度详细分析了3L-NPC拓扑直流侧电容电压的自平衡特性，即当存在电容压差时，电容电流中将产生相应的直流分量来消除电容压差，该直流分量主要来源于桥臂输出电流的直流分量及开关频率附近的偶次谐波分量。根据自平衡特性，本文总结了两类均压控制思想：A)直接或间接地对电容压差进行闭环控制，消除引起电容电压不均衡的因素；B)采用恰当的调节器或控制结构，以保证闭环控制时3L-NPC依然具有自平衡特性。其中，B类均压控制策略无需检测电容电压，可简化系统控制，降低系统成本。 本文搭建了5kW NPC型三电平半桥逆变器的统一实验平台，该平台采用LCL滤波器以及基于电容电流比例反馈的双电流闭环并网控制策略。通过Saber软件仿真及对统一实验平台的实验研究，分别验证了4种SPWM调制策略及A类和B类均压控制策略的可行性；通过对比各NPC型拓扑的并网效率，验证了NPC型拓扑结构及SPWM调制策略的变化对系统的总体效率基本没有影响，与理论分析相吻合。
光伏并网;中点箝位;三电平半桥;并网逆变器;电容均压控制;LCL滤波器
南京航空航天大学
硕士
电力电子与电力传动
谢少军
2014
中文
TM464;TM615
94
2016-03-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）