多电平并网逆变器仿真分析及比较

可在www.sciencedirect.com上在线ScienceDirect电气系统与信息技术学报1（2014）166一种并网型多电平变流器拓扑的仿真分析与比较Mohammad Shadab Mirzaa， Tufail Mohammadb， Qalan Alama，穆罕默德·阿里夫丁·马利克aa印度勒克瑙Integral大学电子电气工程系b印度勒克瑙Integral大学电气工程系接收日期：2014年7月14日;接受日期：2014年2014年8月23日在线发布摘要本文提出了一种多电平变换器拓扑的并网仿真和分析本文通过控制开关角（α），使变换器本文提出了一种多电平变流器拓扑（拓扑1拓扑2）的MATLAB/SIMULINK模型。拓扑1没有Transformer，而拓扑2有Transformer。为了降低总谐波失真（THD），这两种拓扑结构的三电平变换器进行了仿真和分析本文还对不同开关角（α）和电池电压下的拓扑1和拓扑2进行了比较研究结果已制成表格并进行了讨论。© 2014制作和主办由Elsevier B.V.电子研究所（ERI）关键词：总谐波失真;多电平变换器;并网逆变器1. 介绍逆变器可用于将直流电馈入交流电网。DC功率可以从太阳能电池板、风力发电场、燃料电池等获得。用于可再生能源系统的多电平线路换向逆变器近年来已经普及（Tariq等人， 2011年）。本文采用晶闸管作为整流器件，因为与门极换流器件（IGBT、MOSFET、GTO等）相比，晶闸管具有较高的功率处理能力和可靠性。多电平逆变器具有比标准PWM逆变器更低的开关频率，因此具有降低的开关损耗（Sarwar和Asghar，2010，2011;Sarwar等人，2009年）。多电平变换器技术是基于直流侧电压电平随着直流侧电平数的增加，逆变器输出波形增加更多*通讯作者。联系电话：+91 9026244028。电子邮件地址：mirza shadab50@rediffmail.com，mmshadab@iul.ac.in（M.M.Shadab）。电子研究所（ERI）负责同行评审。http://dx.doi.org/10.1016/j.jesit.2014.07.0072314-7172/© 2014由Elsevier B. V.制作和托管电子研究所（ERI）M.M.Shadab等人/电气系统与信息技术学报1（2014）166167步骤，产生阶梯波形，该阶梯波形接近具有低总谐波失真（THD）的正弦波。通过在负载端接一个直流电压源并控制开关角α，可使线路换相可控整流器工作在逆变模式。它基本上是一个带有RLE负载的相控转换器正常情况下，逆变操作的开关角变化最大为165 Ω，以便于SCR的换向电压（Asghar，2004）。在本文中，三电平，线换向逆变器拓扑结构（1和2）已开发与减少总谐波失真。本文还对不同开关角（α）和电池电压下的拓扑1和拓扑2进行了比较研究。结果已制成表格并进行了讨论。2. 拓扑1和拓扑2在这一节中，拓扑1拓扑2的电路&如图1和图2所示。1和2分别。在拓扑1中，直流负载侧尚未与电网隔离，而在拓扑2中，直流负载侧通过多绕组Transformer与电网隔离。该电路已被分析和实现为三个级别的线电流，并可以扩展到更高的水平，以获得更好的性能，但级别的增加增加了转换器的成本。计算了两种拓扑的THD。对于拓扑1，需要四个晶闸管（T1晶闸管T1和T2一起触发，而T3和T4在T1和T2之后180mA触发。对于拓扑2，需要一组具有中心抽头布置的次级绕组中心抽头次级中的每对晶闸管以180Ω的开关延迟点火。上桥臂晶闸管以大于90°的角度触发，用于逆变Fig. 1. 电路拓扑1.图二. 电路拓扑2.168M.M.Shadab等人/电气系统与信息技术学报1（2014）166图三. 拓扑结构的Simulink模型操作同时，下桥臂晶闸管相对于上桥臂晶闸管以180Ω每个转换器对线电流有贡献，并且净线电流iline等于所有（ileg 1+ileg 2）n的总和。n = 1，2（Sarwar和Asghar，2010，2011;Sarwar等人， 2009年）。3. 拓扑1和拓扑2拓扑1的三电平转换器的Simulink模型如图3所示。负载R-L的值为R= 0.5▲，L= 20 mH。电阻被包括以模拟真实电感器。拓扑2的三电平转换器的Simulink模型如图4所示。 Transformer比率为每个次级绕组为230 V：50 V：50 V：50 V负载R-L的值为R= 0.5▲，L= 20 mH。电阻被包括以模拟真实电感器。高电感值确保连续导通。图图5和图6分别显示了拓扑1和拓扑2的Simulink模块组的脉冲发生器给出的触发脉冲。4. 分析和仿真结果针对不同的开关角和电池电压组合进行了THD和功率传输分析。 对于拓扑1，开关角α= 110°时THD最小，即4.44%，如图10所示，但基波分量非常高。图7所示为开关角α= 130Ω时拓扑1的线电流及其THD和谐波。图图9和图10示出了拓扑1的功率和THD随不同开关角的变化。对于拓扑2，THD最小值已针对触发配置（α1= 105μ m，α2= 145μ m），（α1= 110μ m，α2= 150μ m），（α1= 115μ m，α2= 150μ m），（α1= 120μ m，α2= 155μ m），（α1= 125μ m，α2= 155μ m），（α1= 130μ m，α2= 160μ m），M.M.Shadab等人/电气系统与信息技术学报1（2014）166169见图4。 拓扑结构的Simulink模型（α1= 135Ω，α2= 155Ω）。全球最低值为（α1= 135Ω，α2= 155Ω），即18.98%。 图8所示为拓扑2在开关角组合（α1= 115Ω，α2= 150Ω）下的线电流及THD和谐波。 图图 11和图 12示出 了功率和THD随拓 扑 的 不同开关角组合的 变 化 。ogy2.表1对于拓扑1和拓扑2，传输到电网的功率和线路电流的THD随以下电池电压组合S. 号开关角α= 130°时的电池电压拓扑1开关角α1= 115°、α2= 150°时的拓扑2功率（W）总谐波失真（%）功率（W）总谐波失真（%）150−363.633.36−462.117.352352 −390 32.44 −590.9 18.7154 −417.8 31.57 −721.2 20.09456 −446.6 30.69 −851.3 21.29558 −476.6 29.81 −979.3 22.54660 −507.8 28.92 −1108 23.4762 −540.2 28.03 −1237 24.11864 −573.9 27.14 −1366 24.73966 −608.9 26.23 −1495 25.231068 −645.2 25.33 −1624 25.691170 −682.9 24.41 −1752 26.08170M.M.Shadab等人/电气系统与信息技术学报1（2014）166图五.从拓扑1的脉冲发生器触发脉冲。见图6。触发来自拓扑2的脉冲发生器的脉冲。M.M.Shadab等人/电气系统与信息技术学报1（2014）166171见图7。开关角α= 130Ω时拓扑1的线电流（THD和谐波）。见图8。开关角α1= 115、α2= 150时拓扑2的线电流（THD和谐波）。172M.M.Shadab等人/电气系统与信息技术学报1（2014）166功率（瓦0 开关角α-200-400-600-800-1000-1200-1400-1600-1800见图9。拓扑1的功率随不同开关角的变化45切换角α4035302520151050见图10。THD随拓扑1不同开关角的变化。切换角度（α2），单位：度0-200 110120 130 140150 160α1=105-400-600-800-1000-1200-1400α1=110α1=115α1=120α1=125α1=130α1=135见图11。拓扑2的不同开关角组合的功率变化5. 拓扑1和拓扑2拓扑1和拓扑2在不同电池电压组合下的功率和THD的比较列于表1中。从表1可以清楚地看出，随着电池电压降低，与拓扑2相比，拓扑1从负载侧传输到电网侧的功率降低更多。类似地，在不同的电池电压下，拓扑2的THD与拓扑1相比小得多。因此，必须在功率和THD之间做出适当的折衷。图图13和图14示出了拓扑1和拓扑2的功率和THD随不同电池电压的变化。功率（瓦特）THD（基波α=95α=100α=105α=110α=115α=120α=125α=130α=135α=140α=95α=100α=105α=110α=115α=120α=125α=130α=135α=140M.M.Shadab等人/电气系统与信息技术学报1（2014）16617340α1=1053530α1=110α1=115α1=12015α1=125105α1=1300α1=135110 120 130 140 150 160切换角度（α2），单位：度见图12。THD随拓扑2不同开关角组合的变化。0-500电池电压（伏）50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70-1000-1500-2000拓扑1拓扑2图13岁拓扑1和拓扑2的不同电池电压下的功率变化403530252015105050 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70电池电压（伏）拓扑1拓扑2见图14。拓扑1和拓扑2的THD随不同电池电压的变化。6. 结论本文成功实现了拓扑1（无Transformer）和拓扑2（有Transformer）的三电平并网多电平逆变器的Simulink模型从本文所示的结果可以清楚地看出，与拓扑1相比，拓扑2的线电流的THD要小得多（拓扑1为27.85%，拓扑2为27.85%）。THD（基波百分比）功率（瓦特）总谐波174M.M.Shadab等人/电气系统与信息技术学报1（2014）16622.14%）。因此，拓扑2在THD方面以及在提供负载侧和电网侧之间的隔离方面优于拓扑1，但是在拓扑2中使用多绕组Transformer增加了其成本。引用Asghar，M.S.J.，2004年 电力电子。 PHI Learning，India（Chapter 6）.萨瓦尔，A.，Asghar，M.S.J.，2010. 用于基于太阳能光伏的并网逆变器的多伏逆变器拓扑。在：IEEE国际能源会议. 萨瓦尔，A.，Asghar，M.S.J.，2011年。太阳能光伏并网逆变器多电平变换器拓扑的仿真分析智能电网续订。 Energy 2，56 http://dx.doi.org/10.4236/sgre.2011.21007。萨瓦尔，A.，Asghar，M.S.J.，Imdadullah，Moin Ahmed，S.K.，2009. 太阳能光伏并网发电的发展。In：InternationalConferenceonElectricalEnergySystem&PowerElectronics（ICEESPEE09），Kattankulathur，April，pp. 1172-1177.塔里克，A.，Husain，文学硕士，艾哈迈德，M.，塔里克，M.，2011. 变直流输入多电平变流器并网的仿真研究。IEEE，978-1-4244-8782-0/11/26.00美元。米尔扎·穆罕默德沙达布1983年出生于印度北方邦勒克瑙。他得到了他的B。2008年获得印度勒克瑙Integral大学电气和电子工程技术学位;2011年获得印度Aligarh穆斯林大学动力系统和驱动技术学位自2011年以来，他目前在同一所大学的电气电子工程系担任助理教授他的兴趣领域包括电力电子，电力系统和可再生能源系统。Mohammad Tufail于1987年出生于印度北方邦勒克瑙。他得到了他的B。电气和电子工程专业技术学位，硕士学位。分别于2008年和2014年从印度勒克瑙Integral大学获得仪表和控制工程技术学位自2012年以来，他目前在同一所大学的电气工程系担任讲师他的兴趣领域包括电力电子，控制系统和可再生能源系统。1980年7月出生于印度比哈尔邦的Narkatiaganj，West Champaran。他拥有电气工程学士学位和机械工程硕士学位。分别于2005年和2008年获得印度Aligarh穆斯林大学仪表和控制工程技术学位他目前在同一所大学的电气电子工程系担任副教授他的兴趣领域包括电力电子，控制系统和可再生能源系统。M.A. Mallick获得了BSC。工程师和工程学硕士。分别于1994年和1998年获得印度Aligarh穆斯林大学学位。他于2011年在勒克瑙的Integral大学获得博士学位。他是印度勒克瑙Integral大学电气和电子工程系的教授和系主任。他的研究兴趣包括可再生能源系统，电力系统建模，仪器仪表，电机和驱动器。他是IE（印度）的会员，IETE（印度）的准会员。他在国家和国际期刊和会议上发表了许多文章。他还担任过国家和国际期刊的审稿人。