作者：

石祥花 謝少軍

南京航空航天大學(xué)自動化學(xué)院

本文原文刊登于《南京航空航天大學(xué)學(xué)報》。

在上篇文章中，我們和大家探討了4種3L-NPC型拓?fù)洌ǘO管NPC、有源式NPC、層疊式NPC及有源層疊式NPC）的調(diào)制策略。

本篇文章中，我們將繼續(xù)就“NPC型三電平半橋逆變器實驗結(jié)果和效率對比，以及結(jié)論”作進(jìn)一步介紹。

NPC型三電平半橋逆變器實驗結(jié)果及效率對比

本文研制了NPC型統(tǒng)一實驗平臺，其基本框架如圖7所示，部分技術(shù)參數(shù)如表4所示。

圖7 NPC型統(tǒng)一實驗平臺基本框架

圖7中，輸入端電容C1=C2=1800μF，輸出端采用LCL濾波器，逆變側(cè)電感Li為0.6mH，并網(wǎng)側(cè)電感Lg為0.36mH。在統(tǒng)一實驗平臺上，分別對各NPC型拓?fù)湓诓煌{(diào)制策略下進(jìn)行實驗研究及并網(wǎng)效率測試。

1. 4種SPWM調(diào)制策略驗證

以3L-ANPC為例，在輸入電壓Vin=400V，調(diào)制比m=0.7，負(fù)載電阻R=17Ω條件下，分別在前文分析的4種SPWM調(diào)制下進(jìn)行開環(huán)實驗，其實驗波形如圖8所示，uo為逆變器輸出電壓，uinv為橋臂輸出電壓，Vs2和Vs3分別為開關(guān)管S2和S3的耐壓。圖9給出了這4種調(diào)制策略下穩(wěn)定工作波形，uc1和uc2分別為電容C1和C2上電壓。

圖8 在不同調(diào)制策略下，3L-ANPC開環(huán)實驗展開波形

圖9 在不同調(diào)制策略下，3L-ANPC開環(huán)實驗穩(wěn)定工作波形

從圖8中S2與S3的耐壓波形，并結(jié)合圖9中橋臂電壓FFT分析可知，普通SPWM、PF-SPWM、DF-SPWM及PFDF-SPWM的確滿足表1中所述特征。

2. NPC型三電平半橋逆變器并網(wǎng)實驗

NPC型三電平半橋逆變器的并網(wǎng)控制框圖如圖10所示，主要包括四個方面控制，分別為直流側(cè)基于電容壓差前饋的電容電壓均衡控制；基于電容電流反饋的有源阻尼控制，來有效抑制諧振；基于電網(wǎng)比例前饋控制，來抑制電網(wǎng)諧波對進(jìn)網(wǎng)電流的影響；基于準(zhǔn)諧振調(diào)節(jié)器的特定諧波消除控制，來有效抑制進(jìn)網(wǎng)電流的低頻諧波。

圖10 NPC型三電平半橋逆變器并網(wǎng)控制框圖

在上述并網(wǎng)控制策略下，分別對各NPC拓?fù)湓诓煌{(diào)制策略下，進(jìn)行非單位功率因數(shù)的并網(wǎng)實驗，其實驗波形如圖11所示，vg為電網(wǎng)電壓，ig為進(jìn)網(wǎng)電流。這表明，文中分析的4種調(diào)制略均可使逆變器工作在非單位功率因數(shù)。

圖11 各NPC拓?fù)湓?種調(diào)制策略下，非單位功率因數(shù)并網(wǎng)實驗波形

為了測試各NPC型拓?fù)湓诓煌{(diào)制策略下的性能，在單位功率因數(shù)條件下進(jìn)行并網(wǎng)實驗，并進(jìn)行效率測試。圖12給出了各NPC型三電平半橋逆變器在相同調(diào)制策略下并網(wǎng)的歐洲效率比較圖。從圖中可以看出，在不同調(diào)制策略下，各NPC型并網(wǎng)的歐洲效率近似一致，均在96.2%左右。

圖12 各NPC型三電平半橋逆變器并網(wǎng)的歐洲效率

結(jié)論

本文針對傳統(tǒng)3L-NPC拓?fù)鋬?nèi)外管損耗不均的缺點(diǎn)，在衍生的NPC型拓?fù)浠A(chǔ)上，根據(jù)零電平續(xù)流路徑的不同配置方式，總結(jié)出4種SPWM調(diào)制方式；根據(jù)這4種SPWM調(diào)制方式，對各NPC型拓?fù)溥M(jìn)行損耗分布分析及并網(wǎng)效率測試對比，結(jié)果表明：

① 各NPC型拓?fù)湓?種SPWM調(diào)制下，并網(wǎng)效率基本一致；

② 3L-NPC適用于小功率場合，結(jié)構(gòu)及控制相對簡單；

③ 3L-ANPC拓?fù)湓谛」β蕡龊喜痪邆涿黠@優(yōu)勢，在大功率場合，散熱設(shè)計困難；

④ 3L-SNPC拓?fù)鋬?nèi)外管損耗較為均衡，適用于大功率場合；

⑤ 3L-ASNPC結(jié)構(gòu)及調(diào)制復(fù)雜，使用價值不大。

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【致謝】感謝謝少軍老師為本公眾號供稿！