二极管钳位型NPC逆变器不平衡负载仿真 Matlab2021a 采用SPWM调制双环PI参与控制 逆变器连接LCL滤波器连接不平衡负载负载参数可调。 可以得到输出线电压为五电平的电压波形滤波后可以得到对称三相电压波形电流波形可以根据不平衡负载而发生变化。最近在玩二极管钳位型NPC逆变器的仿真发现不平衡负载工况下的动态响应特有意思。这种拓扑天生适合中高压场景配合LCL滤波能玩出不少花样。咱们直接上Matlab2021a开搞先说说这个模型的灵魂——五电平电压生成机制。SPWM调制是基础操作但怎么让三个桥臂协调工作才是关键。下面这段代码展示了载波移相的实现carrier sawtooth(2*pi*fs*time, 0.5); shift_carrier circshift(carrier, N/(3*level_num)); % 载波120度移相这里有个骚操作通过circshift函数实现载波信号的相位偏移。当level_num设为2时对应五电平移相量刚好让三个H桥的输出在时域上错开叠加后自然形成多电平波形。注意看载波斜率要匹配开关频率否则会出现奇怪的谐波毛刺。双环控制才是重头戏电压外环和电流内环的配合直接影响动态性能。调试PI参数时发现个现象Kp_v 0.8; Ki_v 50; % 电压环参数 Kp_i 5; Ki_i 300; % 电流环电流环的积分系数必须比电压环大一个数量级否则负载突变时会出现明显的直流偏置。这个现象在传统两电平逆变器里不太明显但NPC拓扑因为存在中性点电位波动需要更激进的电流跟踪。二极管钳位型NPC逆变器不平衡负载仿真 Matlab2021a 采用SPWM调制双环PI参与控制 逆变器连接LCL滤波器连接不平衡负载负载参数可调。 可以得到输出线电压为五电平的电压波形滤波后可以得到对称三相电压波形电流波形可以根据不平衡负载而发生变化。LCL滤波器参数可不是随便填的谐振频率得躲开关键频段L1 2e-3; C 15e-6; L2 1e-3; res_freq 1/(2*pi)*sqrt((L1L2)/(L1*L2*C)) % 计算谐振点当看到谐振频率落在3kHz左右时远高于基波50Hz低于开关频率10kHz就知道这个滤波器能在抑制开关谐波的同时不影响基波传输。不过实际调试中发现当负载不平衡度超过40%时需要在电容支路串联小电阻来阻尼振荡。负载设置模块支持三相独立调节这个功能对模拟实际工况太重要了R_load [50 50 50]; % 平衡负载 R_load_unbalance [50 150 300]; % 突加不平衡负载突然把某相负载加大六倍时观测点电流波形会出现明显畸变。但有意思的是线电压经过LCL滤波后仍然保持较好的对称性这说明电压环的调节作用在努力维持直流母线平衡。不过中性点电位会出现约12%的波动这时候就得检查钳位二极管是否工作在安全区了。最后看个实测波形特征在30%不平衡度时输出线电压THD能控制在3.2%以内而相电流的负序分量会飙升到15%左右。这说明此类拓扑对负载不平衡的耐受能力主要取决于控制环路的响应速度单纯增加滤波器件并不能解决问题。下次准备试试在PI环后面叠加谐振控制器看看能不能在不影响动态响应的前提下压制特定次谐波。