三相T型三电平非隔离并网逆变器的研究

三相T型三电平非隔离并网逆变器的研究ResearchonThree-PhaseT-TypeThree-LevelNon-IsolatedGrid-ConnectedInverter作者姓名童鸣庭学位类型学历硕士学科、专业电力电子与电力传动研究方向光伏发电技术导师及职称苏建徽教授2013年4月I三相T型三电平非隔离并网逆变器的研究摘要三相三电平逆变器具有输出电压谐波含量小，dv/dt小，EMI小等优点，是高压大功率逆变器应用领域的研究热点。三相二极管中点箝位型三电平逆变器是三相三电平逆变器的一种主要拓扑，已经得到了广泛应用。三相T型三电平逆变器，是基于三相二极管中点箝位型三电平逆变器的一种改进拓扑。这种逆变器中，每个桥臂通过反向串联的开关管实现中点箝位功能，使逆变器输出电压有三种电平。该拓扑比三相二极管中点箝位型三电平拓扑每相减少了两个箝位二极管，可以降低损耗并且减小逆变器体积，是一种很有发展前景的拓扑。本文介绍了三相T型三电平非隔离光伏并网逆变器的拓扑，分析了其工作原理和换流过程，对空间矢量调制方法和具体实现步骤进行了说明。三相T型三电平非隔离光伏并网逆变器存在共模电流抑制和中点电位平衡控制这两个问题。文中先分别介绍了解决这两个问题的主要方法，并分析了通过改进空间矢量调制方法来解决这两个问题的方法。然后提出了一种结合法，采用低通滤波器抑制共模电流，同时采用改进空间矢量调制方法来控制中点电位的平衡。通过Matlab/Simulink环境对这几种方法进行了仿真，仿真结果验证了这几种方法的有效性。最后介绍了三相T型三电平并网逆变器的硬件设计。关键词：T型三电平；空间矢量调制；共模电流；中点电位；仿真IIResearchonThree-PhaseT-TypeThree-LevelNon-IsolatedGrid-ConnectedInverterABSTRACTThereareseveraladvantagesofthethree-phasethree-levelinverter.Itsoutputvoltageharmoniccontentaswellasthevalueofdv/dtandEMIisquitesmall.Soitisahotspotinthehigh-pressurehigh-powerinverterapplicationresearch.Thethree-phasediode-neutral-point-clampedthree-levelinverterisamaintypeoftopologyofthree-phasethree-levelinvertersandithasbeenwidelyapplied.Thethree-phaseT-typethree-levelinverterisanadvancedtypeoftopologybasedonthethree-phasediode-neutral-point-clampedthree-levelinverter.Theneutralpointoftheinverterisclampedbyseries-opposingswitchesofeachbridgearm.Inthisway,theoutputvoltageoftheinverterhasthreelevels.Comparedwiththethree-phasediode-neutral-point-clampedthree-levelinverter,twoclampingdiodesarereducedineachphaseoftheinverter,whichcanreducethelossesandinvertersize.Itisaverypromisingtopology.Inthispaper,thethree-phaseT-typethree-levelnon-isolatedphotovoltaicgrid-connectedinverterisintroduced.Itsprinciplesandcommutatingprocessareanalyzed.Thespacevectormodulationmethodanditsimplementationstepsareillustrated.Commonmodecurrentsuppressionandneutralpointpotentialbalancecontrolaretwomainproblemsofthethree-phaseT-typethree-levelnon-isolatedphotovoltaicgrid-connectedinverter.Firstly,mainmethodstosolvethetwoproblemsareintroducedrespectively.Andtheadvancedspacevectormodulationisanalyzed,whichisawaytosolvetheproblems.Thenasyntheticmethodisproposed,whichinhibitscommon-modecurrentbylowpassfilterandcontrolstheneutralpointpotentialbalancebyadvancedspacevectormodulation.ThensimulationsonthementionedmethodsareconductedintheMatlab/Simulinkenvironment,andthesimulationresultsverifytheeffectivenessofthesemethods.Atlast,thehardwaredesignofthethree-phaseT-typethree-levelgrid-connectedinverterisintroduced.Keywords:T-typethree-level;SVPWM;commonmodecurrent;neutralpointpotential;simulationIII致谢时光荏苒，自2010年起，已在合肥工业大学能源研究所度过了近3年的学习生活。在研究生生活即将结束之际，回顾走过的每一步，无不凝聚着师长、同学和亲友的无私关怀与帮助。借此论文完成之际，谨向所有关心、帮助和支持我的老师与同学表示由衷的谢意！首先感谢我的导师苏建徽教授。三年来，不管是学习上还是生活上的问题，苏老师都给了我很大的帮助。苏老师严谨的治学态度，渊博的学识和宽厚的师长作风，给了我深刻的启迪。在此谨向辛勤培养我的苏老师致以崇高的敬意和衷心的感谢，在今后的工作中我将通过加倍努力来回报他不倦的教诲，也在此衷心祝愿苏老师身体健康、万事如意!感谢能源研究所的张国荣老师和茆美琴老师。张老师总是和若春风，循循善诱，他的工作方法、做事的态度是我以后学习的榜样。茆老师敏锐的洞察力，严谨的逻辑分析能力，勤恳的工作作风，让我由衷的敬佩。感谢能源所杜燕老师、杜雪芳老师、张健老师等多位老师给予的帮助，每当向他们请教问题时，他们总是耐心仔细的给与讲解。平时的工作遇到问题时，也得到了他们宝贵的意见。感谢常州佳讯光电有限公司的焦传洋、蒋永和、周玉柱三位师兄在我实习期间给予的无微不至的帮助和悉心的指导。感谢给予我帮助，陪伴我学习的同学和好友，我们朝夕相处，相互帮助，留下了美好的回忆，结下了深厚的友谊。他们是：徐宏、牛成玉、翁仕庭、宋良全、梁寰宇、秦喆、刘高文、刘俊亚、申凯、曹雨、刘斌、文水枭、周建、王新颖、马春艳、李春涛、刘鸷以及10级全体同学。在此衷心的祝愿他们工作顺利，前程似锦。还要感谢我下一届同一课题组的吴健、朱兴隆同学，他们也给予我很大的帮助。最后感谢我的父母和家人多年来对我的养育和支持，是他们给了我精神上的鼓励和生活上的照顾，我的点滴收获无不凝聚着家人的心血！祝他们永远健康快乐！作者：童鸣庭2013年4月1日IV目录第一章绪论...................................................................................................................11.1研究背景及意义...............................................................................................11.2三电平逆变器拓扑分类...................................................................................11.3T型三电平并网逆变器的关键问题................................................................21.3.1PWM调制方法....................................................................................21.3.2共模电流抑制.......................................................................................31.3.3中点电位平衡控制...............................................................................41.4本文研究的主要内容.......................................................................................5第二章三相T型三电平逆变器工作原理分析..............................................................62.1引言...................................................................................................................62.2多电平逆变器的拓扑研究...............................................................................62.3NPC型逆变器拓扑的发展..............................................................................92.4三相T型三电平逆变器原理分析.................................................................112.4.1拓扑分析.............................................................................................112.4.2换流过程分析.....................................................................................122.5本章小结.........................................................................................................14第三章三电平SVPWM算法原理及并网控制策略..............................................