基于單相SVPWM的可變死區(qū)算法

鄭錦楠 黎朝暉 谷志茹 夏得青 曹雙燕 龍永紅

摘？要：針對單相逆變器固定死區(qū)時間注入調制波導致輸出電壓諧波畸變率較高等問題，本文提出一種將可變死區(qū)時間注入單相SVPWM調制波有效矢量組的方法。該方法將一系列非線性因素等擾動因素看成擾動電壓，采用干擾觀測器對擾動電壓進行估算補償，并將估算補償電壓換算成死區(qū)時間，補償?shù)絊VPWM調制波有效矢量組導通區(qū)間。實驗證明該方法相比傳統(tǒng)固定死區(qū)時間注入調制波，能夠減少逆變器輸出電壓畸變率，提高電能質量。

關鍵詞：單相SVPWM；PR控制

光伏發(fā)電的核心技術是逆變技術。在單相逆變器中，為了防止逆變橋上下兩個功率開關管直通，通常需要在功率管工作期間加入一段固定死區(qū)時間[4-6]。固定死區(qū)時間會帶來輸出電壓幅值和相位的偏差，隨著開關管頻率的提高，誤差累積效應會導致輸出電壓波形的畸變[7]。

本文首先通過分析單相SVPWM（空間電壓矢量脈寬調制）原理，建立起單相SVPWM的調制波波形，然后采用干擾觀測器估計出補償電壓并換算成開關管導通時間作為死區(qū)時間加入調制波中有效矢量組的導通時間中。實驗結果表明該策略可以使單相逆變器輸出電壓畸變率降低，輸出波形更優(yōu)的正弦波。

1 單相SVPWM原理及實現(xiàn)

2 死區(qū)在線補償原理

為了避免上下橋臂直通帶來極大的短路電流，通常會對上下橋臂加入死區(qū)時間進行延遲導通，如圖5所示。

加入死區(qū)后，雖然能夠防止各種非理想狀況導致同一橋臂上下開關管直通，但上述死區(qū)加入會導致輸出波形幅值的降低，產生嚴重的波形畸變。

3 實驗與結果分析

本節(jié)中，基于TMS320F28335的實驗平臺搭建了2 kW實驗樣機，通過對TMS320F28335的事件管理器進行設置，設置為連續(xù)增減計數(shù)模式，則可以產生對稱的PWM波形，可將死區(qū)補償值直接加入比較寄存器CMPR中進行修改PWM脈沖寬度，達到補償效果，其中后級LC濾波電路中L0.7 mH=，C0.15μF=。

圖8是未進行補償?shù)膶嶒灢ㄐ?，圖9是進行死區(qū)補償后的電壓波形。

通過圖8、圖9的對比可以觀察出采用死區(qū)補償算法后的電壓紋波得到明顯降低，逆變器輸出電壓具有良好的正弦波效果。

將上述逆變器輸出電壓波形圖片導進Matlab進行傅里葉變換分析得到圖10所示的波形，加入死區(qū)補償算法后逆變器電壓輸出畸變率只有3.16%，相比沒有加入死區(qū)補償算法7.14%，降低了將近4%，表明加入死區(qū)補償算法后有效降低了死區(qū)效應對整個系統(tǒng)的影響。

4 結論

本文首先通過對單相電壓空間矢量法原理和產生方式進行闡述，推導出單相SVPWM各開關管的導通時序圖，針對傳統(tǒng)死區(qū)時間的加入導致輸出電壓波形畸變，采用了干擾觀測器對非線性干擾等因素進行在線估測并轉化為死區(qū)時間作為補償。實驗結果表明該方法可以有效抑制由逆變器一系列外在非線性因素導致的電壓波形畸變，改善了電壓的波形，提高了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

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