光伏发电系统并网控制技术及输出滤波器研究(5)
图2-5 单相桥式电压型逆变电路
PWM又可分为单极性调制和双极性调制。
1）单极性PWM控制方式：在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断。ur正半周，V1保持通，V2保持断，当ur>uc时使V4通，V3断，u0=Ud，当ur<uc 时使V4断，V3通，u0=0。ur负半周，V1保持断，V2保持通，当ur<uc时使V3通，V4断，u0=-Ud，当ur>uc 时使V3断，V4通，u0=0，虚线u0f表示u0的基波分量。波形见（2-6a）。
2）双极性PWM控制方式：在ur半个周期内，三角波载波有正有负，所得PWM波也有正有负。在ur一周期内，输出PWM波只有±Ud两种电平，仍在调制信号ur和载波信号uc的交点控制器件通断。ur正负半周，对各开关器件的控制规律相同，当ur>uc 时，给V1和V4导通信号，给V2和V3关断信号，如i0>0，V1和V4通，如i0<0，VD1和VD4通，u0=Ud ，当ur<uc 时，给V2和V3导通信号，给V1和V4关断信号，如i0<0，V2和V3通，如i0>0，VD2和VD3通，u0=-Ud 。波形见图（2-6b）。
图2-6 PWM单极性调制与双极性调制
与双极性控制方式相比，单极性控制的优点：从输出波形上看，其通、断频率等效地增加了一倍，而电压跳动量减小了一倍，结果在输出电压的频谱上，最低次谐波以两倍于开关频率(即三角波频率)的边带出现。而且，单极性控制的谐波分量小、易于消除、对外部设备的谐波干扰较小；每次开关管开通或关断时，电压变化的幅度是双极性调制的一半，开关管所受的开关应力小。由于单极性控制优点突出，本文设计的并网逆变系统采用单极性控制方式[3]。
2.1.3 SPWM采样方法
要产生SPWM波形，首先要对目标正弦波进行采样。采样方法有自然采样法和规则采样法，下面对这两种方法进行介绍分析。
2.1.3.1 自然采样法
以正弦波为调制波,等腰三角波为载波进行比较，在两个波形的自然交点时刻控制开关器件的通断，这就是自然采样法。其优点是所得SPWM波形最接近正弦波，但由于三角波与正弦波交点有任意性，脉冲中心在一个周期内不等距，从而脉宽表达式是一个超越方程，计算繁琐，难以实时控制。
2.1.3.2 规则采样法
本文采用的方法是规则采样法。规则采样法是一种应用较广的工程实用方法，其效果接近自然采样法，但计算量却比自然采样法少得多。
图2-7 规则采样法调制
规则采样法如图（2-7）所示。三角波两个正峰值之间为一个采样周期 。自然采样法中，脉冲中点不和三角波一周期中点(即负峰点)重合。规则采样法使两者重合，每个脉冲中点为相应三角波中点，计算大为简化。三角波负峰时刻 对信号波采样得D点，过D作水平线和三角波交于A、B点分别在 时刻和 时刻控制器件的通断，脉冲宽度δ和用自然采样法得到的脉冲宽度非常接近。
规则采样法计算公式推导，设正弦调制信号为：
式中，a称为调制度， ， 为信号波角频率。
从图（2-7）可得如下关系式：
因此可得： (2-3)
在三角波的一个周期内，脉冲两边的间隙宽度δ’为：
(2-4)
2.1.4 SPWM波的应用
根据以上分析，单极性SPWM波的控制方法中，与双极性控制方式相比，单极性控制的优点：从输出波形上看，其通、断频率等效地增加了一倍，而电压跳动量减小了一倍，结果在输出电压的频谱上，最低次谐波以两倍于开关频率(即三角波频率)的边带出现。而且，单极性控制的谐波分量小、易于消除、对外部设备的谐波干扰较小；每次开关管开通或关断，电压变化的幅度是双极性调制的一半，开关管所受的开关应力小。由于单极性控制优点突出，本文设计的并网逆变系统采用单极性控制方式。