一種二極管箝位級(jí)聯(lián)拓?fù)湓谥彬?qū)風(fēng)電系統(tǒng)中的應(yīng)用研

1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析
圖1是本文采用的二極管箝位五電平級(jí)聯(lián)H橋拓?fù)湓谥彬?qū)型變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)中的應(yīng)用原理圖，其中圖1(a)為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，圖1(b)為二極管箝位五電平H橋功率單元原理圖。圖1(a)中風(fēng)電機(jī)組拖動(dòng)多相永磁同步發(fā)電機(jī)，永磁同步發(fā)電機(jī)為18相電機(jī)，共有6組輸出繞組，每組繞組間相位差20，每組繞組分別進(jìn)入二極管箝位功率單元，共有6個(gè)功率單元構(gòu)成三相逆變器，每2個(gè)功率單元進(jìn)行級(jí)聯(lián)構(gòu)成一相輸出，三相輸出通過濾波電感并入電網(wǎng)。圖1(b)中，輸入為永磁同步發(fā)電機(jī)的一組三相繞組，經(jīng)過三繞組移相變壓器，移相變壓器為DDY結(jié)構(gòu)，匝比為1:1:，副邊兩路輸出的相位差30，由12脈波二極管整流器整流得到獨(dú)立的直流電源，其中直流側(cè)電容由兩個(gè)電解電容串聯(lián)構(gòu)成，電容的中點(diǎn)作為二極管箝位功率電路的中點(diǎn)，并且和兩個(gè)6脈波二極管整流器的中點(diǎn)連接，直流電經(jīng)過二極管箝位五電平H橋進(jìn)行逆變，輸出單相交流電。由功率單元1、2、3分別和4、5、6級(jí)聯(lián)構(gòu)成三相輸出。

，直流側(cè)電容為兩個(gè)6800μF電解電容串聯(lián)，逆變器功率模塊采用三菱公司IPM模塊，控制器采用TMS320F2407+FPGA，負(fù)載參數(shù)與仿真相同，L=3mH，C=50μF，R=50Ω；輸出電壓頻率為50Hz，開關(guān)頻率為3kHz。由于受實(shí)驗(yàn)條件限制，實(shí)驗(yàn)中直流側(cè)電壓相對(duì)較低，將在隨后的研究中進(jìn)一步提高電壓等級(jí)。
以下是部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖6是輸入側(cè)電壓電流和直流側(cè)電壓波形，其中uia(Ch1)和iia(Ch3)分別是移相變壓器輸入側(cè)a相電壓和電流波形，udc是直流側(cè)電壓(Ch2)波形。從圖中可以看到，電流波形接近正弦波，和輸入電壓的相位基本一致，可見通過移相變壓器和12脈波整流器，能夠明顯改善輸入側(cè)的電流波形質(zhì)量，提高輸入功率因數(shù)，降低發(fā)電機(jī)的諧波損耗，通過12脈波整流器得到的直流側(cè)電壓較為平穩(wěn)，能夠滿足逆變器的需要。

圖7是a相輸出電壓和電流波形，其中uoam是相電壓波形(Ch1)，ioa是電流波形(Ch2)。從圖中可以看到，輸出相電壓波形為9電平，電流波形經(jīng)過電感濾波后，波形質(zhì)量也比較高，對(duì)應(yīng)的諧波成份也比較少。

5 結(jié)語
本文采用的二極管箝位五電平H橋級(jí)聯(lián)拓?fù)?，結(jié)合了兩種多電平拓?fù)涞膬?yōu)勢(shì)，使輸出電壓在常規(guī)二極管箝位三電平電路的基礎(chǔ)上有了較大提高，相對(duì)于常用的單相級(jí)聯(lián)H橋結(jié)構(gòu)，需要較少的獨(dú)立直流源，結(jié)合12脈波整流電路，對(duì)其在直接驅(qū)動(dòng)型風(fēng)電系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了初步探索，而多相永磁同步發(fā)電機(jī)目前的應(yīng)用也逐漸增多，可以提供所需的多路獨(dú)立直流電源。采用消諧波
SPWM和載波相移SPWM相結(jié)合的載波調(diào)制方法，通過多路相位不同的三角載波與調(diào)制波比較，產(chǎn)生功率器件需要的驅(qū)動(dòng)脈沖，控制簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便，基于DSP+FPGA的脈沖發(fā)生電路，使多路驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)生變得簡(jiǎn)單。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，把消諧波SPWM和載波相移SPWM相結(jié)合的控制方法應(yīng)用于二極管箝位五電平級(jí)聯(lián)H橋拓?fù)渲?，能夠進(jìn)一步提高輸出功率和電壓等級(jí)，提高等效載波頻率，降低器件的開關(guān)損耗和輸出濾波器的體積，為直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)在輸出沒有變壓器的情況下直接并入中壓電網(wǎng)提供了可能。