基于單相SVPWM的可變死區算法

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時間，補償到SVPWM調制波有效矢量組導通區間。實驗證明該方法相比傳統固定死區時間注入調制波，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時間[4-6]。固定死區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，輸出波形更優的正弦波。

1 單相SVPWM原理及實現

2 死區在線補償原理

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時間進行延遲導通，如圖5所示。

加入死區后，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，設置為連續增減計數模式，則可以產生對稱的PWM波形，可將死區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是未進行補償的實驗波形，圖9是進行死區補償后的電壓波形。

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%，相比沒有加入死區補償算法7.14%，降低了將近4%，表明加入死區補償算法后有效降低了死區效應對整個系統的影響。

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，針對傳統死區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，提高了系統運行的穩定性。

參考文獻

[1] 方剛，楊勇，盧進軍，等.三相光伏并網逆變器電網高阻抗諧振抑制方法[J].電力自動化設備，2018，38（2）：109-116.

[2] 吳汪平，楚皓翔，解大，等.PI控制器參數對并網永磁直驅型風力發電系統機網相互作用的影響[J].電力自動化設備，2017，37（10）： 21-28.

[3] Liu Xing， Wang Dan， Peng Zhouhua. Cascade-free fuzzy finite-control-set model predictive control for nested neutral point-clamped converters with low switching frequency[J]. IEEE Transactions on Control Systems Technology， 2019，27（5）：2237-2244.

[4] 齊昕，王沖，周曉敏.一種低硬件資源消耗快速SVPWM算法[J].電機與控制學報，2014，18（4）：32.

[5] 易龍強，戴瑜興.SVPWM技術在單相逆變電源中的應用[J].電工技術學報，2007，22（9）：116-117.

[6] 張陽.微電網SPWM單相并網逆變器控制技術研究[D].沈陽：沈陽工業大學，2014.

[7] 楊曉東，王崇林，史麗萍，等.級聯型逆變器的統 一SVPWM方法[J].電工技術學報，2014，29（6）：145-147.

[8] 劉和平，董治平，邱彬彬，等.一種低壓電動汽車用 逆變器非線性因素的新型補償方法[J].電機與控制 學報，2020，24（9）：30-38.

[9] 韓坤，孫曉，劉秉，等.一種永磁同步電機矢量控制SVPWM死區效應在線補償方法[J].中國電機工程學 報，2018，38（2）：620-627.

[10] 吳春，齊蓉.PWM 電壓源逆變器非線性因素迭代學習補償[J].中國電機工程學報，2015，35（3）：702-709.

3077500589215