基于空间矢量PWM调制的并网型逆变器电感值设计方法

师远征

（西部钻探工程有限公司，新疆乌鲁木齐830001）

1 引言

在三相PWM整流器（以下简称三相VSR）的设计中，网侧电感参数确定至关重要，同时也是设计中的一个难点.这是因为三相VSR网侧电感对三相VSR系统的影响是综合性的，其取值不仅影响系统的动静态性能，而且还会对三相VSR的额定输出功率等其他因素产生影响.增大电感值，可以抑制系统输入电流的谐波，减小整流器的使用所造成对电网的污染，但是系统所能够提供给负载的最大功率就会下降［1］。

本文基于VSR各矢量之间的关系以及五段式SVPWM调制方法，从而得出电感值上下限范围，对电感值设计方法提供了重要的参考依据。

2 电感的设计依据和计算方法

2.1 额定母线电压下三相SVPWM的最大逆变电压

典型的三相逆变系统电路如图1所示，设三相逆变系统各相对负载中性点电压为：

图1 三相逆变系统电路

图2 Spatial representation of three-phase voltage vector

图3 The topology of voltage vector 100

图4 The map of vector position

2.2 三相并网型逆变器的各矢量之间的关系

图5 The topology of Grid-connected three-phase inverter

图6 Relationship diagram between vectors（capacitive reactive）

由SVPWM的最大逆变基波相电压可得式（2）

为了求得电感的上限值的最小值，需要求得z＝f（x，y）在定义域内的最水值，利用matlab的三维绘图命令ezsurf（x，y，z，［-90，0，0，1/sqrt（3）］），画出如图7所示的三维曲面图。

图7 Influence of grid phase voltage and power factor on inductance parameters

2.3 电感纹波电流计算

在电感设计中，为了保证电感在额定电流范围类电感值是恒定的，必须保证磁密在励磁电流变化范围内呈线性变化。因此电感电流峰值为电感磁化曲线‘膝点’的选择依据。我们有必要推导电感值与电感峰值电流处纹波电流的关系。

图8 Vector diagram in stationary coordinate system

图9 One switching period driving waveform of the first sector of the five-segment wave

由纹波电流表达式可以看出该式的第二项不受电感变化的影响，因此可以得到的推论是电感的增大只能抑制纹波电流，即使电感可以无穷大也不能消除纹波电流，而开关周期的减小可以有效的减小纹波电流。当逆变器输出电流增大时，电感纹波电流反而会减小。

3 实验验证

以某690V变流器为例：母线电压为VD＝1050V，电网额定线电压VL＝690V，允许的电网电压波动范围为90%-110%。Vsmax＝619.6V，Vsmin＝507V Vsmin≥0.41VD。因此设计电感时应该考虑最高允许的电网相电压。

以500KW光伏逆变器为例：最小母线电压为VD＝450V，电网额定线电压为270V，允许的电网电压波动范围为90%-110%，功率因素调节范围：cosθ≤0.9（感性/容性）。Vsmax＝242V Vsmin＝198V Vsmin≥0.41VD。因此设计电感时应该考虑最高允许的电网相电压和最大允许的功率因素滞后角度，最大功率因素角为 θ＝-arccos0.9＝-26°

工况1：母线电压600V，输出电流为100A

图10 Phase A inductor current waveform

图11 Expanded view of figure 10

将工况代入纹波电流计算公式可得：

由示波器的展开图可看出，计算结果和实测结果符合的较好。

工况2：母线电压为450V，输出电流为100A。

图12 Phase A inductor current waveform

图13 Expanded view of figure 12

由示波器波形展开图可知计算结果与实测结果符合的较好。

4 结束语

1、当电网相电压一定的情况下，感性功率因数角越大，电感的上限值越小，因此设计电感时应该依据逆变器的最大感性功率因数角来设计。