三电平逆变器电容电压柔性平衡控制策略

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1、第44卷第12期电力电子技术Vol.44，No.122010年12月PowerElectronicsDecember2010三电平逆变器电容电压柔性平衡控制策略程善美，蔡凯，龚博（华中科技大学，控制科学与工程系，湖北武汉430074）摘要：针对二极管箝位型三电平逆变器的电容电压平衡问题，分析了PWM载波通式中的若干自由度，提出了基于改变载波零偏的三电平逆变器电容电压控制策略，从矢量作用时间方面研究了该控制策略在典型区间内的作用原理，并将结论推广到全部区间。进一步从直流侧电容电压的波动特性和输出性能方面考虑，提出了改进的三电平柔性平衡控制策略

2、，通过在电容电压反馈中引入低通滤波环节和在输出控制中引入电容电压前馈环节来实现。在二极管箝位型三电平逆变器实验平台上得到实验结果证明上述控制策略的有效性。关键词：三电平逆变器；脉冲宽度调制；电容电压；柔性平衡控制中图分类号：TM464文献标识码：A文章编号：1000-100X（2010）12-0073-03FlexibleCapacitorVoltageBalanceControlforThree-levelInverterCHENGShan-mei，CAIKai，GONGBo（HuazhongUniversityofScienceandT

3、echnology，Wuhan430074，China）Abstract：Aimingatthecapacitorvoltagebalanceproblemofdiodeclampedthree-levelinverter，degreesoffreedomofthePWMcarriergeneralformulaisanalyzed，andacapacitorvoltagebalancecontrolstrategyforthree-levelin-verterisproposedbasedonshiftofthecarrierbias.O

4、perationmechanismofthisstrategyisanalyzedfromthepointofvectordwelltime，firstwithinsometypicalrangesandfinalinentirerange.Furthermore，consideringthewavechar-vacteristicsofDCsidecapacitors’voltageandthehighpriorityofoutputperformance，animprovedthree-levelflexi-blecapacitorvo

5、ltagebalancecontrolstrategyisproposed.Itemploysalowpassfiltermoduleonthecapacitorvoltagefeedbackandafeedforwardmoduleonoutputvoltagecontrol.Theexperimentalresultsonadiodeclampedthreelev-elinverterplatformprovetheeffectivenessoftheabovecontrolstrategies.Keywords：three-level

6、inverter；pulsewidthmodulation；capacitorvoltage；flexiblebalancecontrol1引言2PWM载波通式单一直流电源二极管箝位型结构的三电平逆位于二极管箝位型三电平逆变器直流侧的变器由于具有直流侧设计简单的优点而得到广泛上、下两个分压电容可等效为上、下两个电平区应用，但电容电压平衡问题是影响其性能的关键间。每一电平区间中的PWM载波一般为周期性问题[1]。实现电容电压平衡的控制方法可分为硬的波形，可用PWM载波通式表示为：件拓扑改造和软件控制策略两方面。硬件拓扑改fpwmi（t）=Ei

7、Ti（ωit+θ0i）+（i-1）E+E0i，i=1，2（1）造一般采用增设直流平衡控制相关硬件电路的方式中：E为单位电平幅值；i=1，2分别代表下、上电平；Ti（）为法，如直接使用多路独立直流电源结构、整流侧也第i段电平区间对应的某一周期性信号表达式；Ei为载波采用有源前端结构[2-3]、附加专门的中点平衡电路幅值；ωi为载波频率；θ0i为载波初始相位；E0i为载波零偏。等。电容电压平衡软件控制策略基本可分为基于可见fpwmi（t）具有Ei，ωi，θ0i，E0i等自由度。通电压空间矢量意义的方法[4]和基于调制波变换的常，PWM载波频率都

8、远大于调制波频率，小幅调方法[5]两类，后者相对易于实现。在研究PWM载整ωi或θ0i都不会对调制得到的PWM信号产生波通式中多个自由度的基础上，提出了三电平电明显影响；而调整E