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🔥 内容介绍
一、引言
在太阳能光伏发电系统中,逆变器作为核心部件,承担着将直流电转换为交流电的关键任务。随着太阳能发电规模的不断扩大以及对电能质量要求的日益提高,太阳能多级逆变器应运而生。其相较于传统逆变器,能够输出多个不同电压等级,有效降低了总谐波失真(THD),在提升电能质量方面具有显著优势。正弦脉宽调制(SPWM)技术作为一种成熟且广泛应用的调制方法,在太阳能多级逆变器中发挥着关键作用,可精确控制逆变器输出波形,使其更接近理想正弦波,进一步优化了电能输出质量。深入研究太阳能多级逆变器的 SPWM 技术,对于推动太阳能光伏发电系统的高效、稳定运行,提升其在能源领域的竞争力具有重要意义。
二、SPWM 技术原理
2.1 基本原理
SPWM 技术基于采样控制理论中的重要结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同。该技术以正弦波作为调制波,与高频三角载波进行比较。当调制波电压高于载波电压时,逆变器的开关器件导通;反之则关断。通过这种方式,逆变器输出的脉冲宽度按正弦规律变化,且这些脉冲的面积与所期望输出的正弦波在相应区间内的面积相等,从而实现用一系列等幅不等宽的脉冲来等效正弦波。例如,在一个简单的单相逆变器中,调制波为 u_m = U_m sin (ωt),载波为 u_c = U_c sin (ω_c t),其中 U_m 为调制波幅值,ω 为调制波角频率,U_c 为载波幅值,ω_c 为载波角频率(ω_c >> ω)。当 u_m > u_c 时,开关器件导通,输出高电平;当 u_m < u_c 时,开关器件关断,输出低电平,由此产生的 SPWM 波形可近似等效为正弦波输出。
2.2 在多级逆变器中的实现方式
在太阳能多级逆变器中,SPWM 技术的实现更为复杂。以 H 桥级联型多级逆变器为例,每个 H 桥功率单元可独立控制。通过对每个 H 桥的调制波进行适当的相位和幅值调整,使其与载波比较产生不同的脉冲序列,进而合成多级的 SPWM 波形。具体来说,对于一个 n 级的 H 桥级联型逆变器,可将总的调制波分解为 n 个不同相位和幅值的子调制波,分别作用于各个 H 桥单元。每个 H 桥单元根据各自的调制波与载波比较结果,控制开关器件的通断,最终将各 H 桥单元的输出电压叠加,得到多级的 SPWM 输出波形。这种方式充分利用了多级逆变器输出电平数多的特点,进一步降低了输出电压的谐波含量。
三、对总谐波失真(THD)的影响
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