逆变器并联系统开关环流的研究

时间:2012-12-24来源:网络

图5为不同电路参数情况下,输出电流中开关环流的仿真和实验结果对比图。

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对于开关环流与系统参数之间的相互关系,下面按具体参数给予详细分析。
3.1 开关环流与载波相位差的关系
开关环流的大小与逆变器并联系统一个开关周期内处于开关不同步状态的时间段的长短有关。图5a为Lx取值不同情况下,两逆变器模块的载波相位差△φ与开关环流的对应关系。可见,开关环流的最大峰峰值Ih与△φ成正向相关的关系,△φ越大,Ih越大。为了抑制开关环流,应尽可能对逆变器模块载波进行同步控制。
3.2 开关环流与谐振回路参数的关系
通过对图1中并联系统电路的分析可发现,将逆变器模块的输出电容与Lx构成了一个LCC串联谐振回路。根据电路原理可知,当电路中存在与谐振频率相同的源时,电路中的电压电流将会存在较大的振荡。Lx和输出电容构成的串联谐振频率与开关频率之间的关系势必会影响开关环流的大小。
图5b为△φ=180°时Lx的变化对开关环流的影响。由图可知,在Lx=13.7μH,即谐振频率近似等于开关频率时,Ih最大;谐振频率离开关频率越远,Ih越小。为抑制开关环流,应使逆变器的输出电容与Lx的谐振频率尽可能远离开关频率。图5c为△φ=180°、不同L情况下谐振回路的总电阻R与开关环流关系的仿真结果。可见,统一的趋势是R越小,Ih越大。但在不同Lx时,开关环流随R变化的情况相差较大,这是因为谐振频率与开关频率的关系会影响到R在回路阻抗中的比例。为抑制开关环流,应使逆变器并联系统谐振回路的阻抗取值尽可能大,同时需要兼顾损耗和效率问题。
3.3 开关环流与滤波电感的关系
图5d为△φ=7.2°,Lx=13.7μH时Lm与开关环流的关系。可见,Lm越小,开关环流越大。Lm既会影响电感电流,也会影响开关环流的大小。图5e为△φ=180°时,开关环流与rL关系的仿真结果。可见,在不同Lm情况下,rL对开关环流的影响很小,分析时可将其忽略。

4 结论
从器件级的电路模型入手,对逆变器并联系统的环流进行了详细分析,在现有环流概念的基础上提出了开关环流的概念。通过仿真和实验明确了开关环流概念的理论和实际意义,并讨论了不同系统参数对开关环流的影响。由理论分析、仿真和实验结果可得:①在一定工作条件下,因为载波不同步而产生的开关环流幅值会非常大,严重影响微电网系统的安全运行:②在其他参数不变的情况下,开关环流随逆变器载波相位差的增加而增大。为了抑制开关环流,应尽可能对逆变器模块的载波进行同步控制;③逆变器并联系统输出谐振回路的谐振频率越接近开关频率,开关环流就越明显。为了抑制开关环流,该谐振频率应尽可能远离开关频率;④谐振回路的电阻会影响开关环流的大小,且回路电阻越大,开关环流越小。为了抑制开关环流,可以适当增加谐振回路的电阻,但需要折中考虑系统效率;⑤滤波电感值越大,开关环流越小。要抑制开关环流,可适当增大滤波电感,但要兼顾LC滤波电路的带宽。同时滤波电感的等效串联电阻对开关环流几乎没有影响,设计中可忽略。

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关键词: 微电网 逆变器并联 开关环流 纹波

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