多电平逆变电路的空间矢量PWM控制方法研究.pdf

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1、研究与应用化工自动化及仪表，2010，37(10)：73～79Contr01andlnstlllmentsinChemicallndustry多电平逆变电路的空间矢量PWM控制方法研究孟彦京，周斌，路昀菲，尹海(陕两科技大学电气与信息工程学院，西安710021)摘要：研究了各类多电平逆变器的结构和级联式逆变器的脉宽调制方法，建立了级联式逆变器的数学模型，为解决传统多电平空间矢量PWM方法复杂、难以应用于实际系统的问题，深入研究了传统两电平及三电平的空间矢量网lrM方法，提出了一种新型多电平的SVPWM方法。为验证新方法的正确性，进行了MaLlab7．o／si吼llin

2、l【系统仿真，结果初步验证了新型多电平SVPwM方法的可行性，为该sVPwM方法的实际应用提供了一种新的思路。关键词：多电平逆变器；电压空间矢量；PWM控制；仿真研究中图分类号：TM93文献标识码：A文章编号：1000-3932(2010)lO·0073JD7l引言在电力电子领域，随着电力电子技术的发展，高压大功率变换器已获得广泛应用，特别是在交通、冶金、石油、电力等领域，对变换器容量的要求也越来越大⋯。由于受到功率器件容量的限制，在高压大容量的应用场合，传统电路一般采用两种方法来实现：一种是用中低压变换器采用多蕈化技术实现；另一种是低压器件串联应用实现高压输出。但是

3、上述两种方法均存在较大缺点，多重化技术需要庞大的变压器，提高了其系统造价、降低了系统效率，同时因变压器磁性材料的特性，变换器在低频(<20Hz)时能量传输困难，大大限制了该方法在低频变换器上的应用。而器件串联应用则存在器件均压问题，不论静态均压还是动态均压电路，均会使系统电路复杂，可靠性降低。为此，研究人员努力寻求一种既无需变压器，又无需均压电路的变换器拓扑结构，多电平变换器的出现引起了人们的注意并受到越来越多的关注。1977年，德国学者Holtz首次提出三电平变换拓扑，其主电路采用常规的两电平电路，仅在其每相桥臂带一对开关管作为辅助中点进行钳位。Nab舵A等人将辅助

4、开关管换成一对钳位二极管，分别和上下桥臂串联开关管相连以辅助中点钳位，称为中性点钳位型(N即tmlPointcl啪ped，NPc)三电平变换器’2J。这种变换器控制较容易，主开关管关断时仅承受直流侧一半的电压，因此更适合在大功率场合使用。2三电平逆变器工作原理在三电平逆变器中，每一相需要四个主开关器件、四个续流二极管、两个钳位二极管，平均每个主开关管所承受的正向阻断电压为仉／2旧1。下面进一步分析中性点钳位型逆变器主电路在稳态的工作情况，具体工作原理参见图1、图2。P÷％』v【：tV隧●-一vD。划三q『豆VD．VD2VD．VD2÷u悭刘÷％』v．P÷”÷％，v莲vn

5、划三、VDevl。每VD．VD2(b)图2电流流入逆变器时三电平逆变器P一0状态的切换收稿日期：20lO明明(修改穑)·74·化工自动化及仪表第37卷(1)工作模式l。开关器件VI，、VI：导通，VI，、VI．关断，可分两种情况考虑：①电流方向为流人负载，即电流由尸点流过VI。、VI：到达输出端A。若忽略开关器件的正向导通管压降，则输出端电位等同于P点电位。如图l(口)所示。②电流从负载流出，此时电流从输出端A流过续流二极管VD：、VD。注入尸点，输出端A点电位仍等同于P点电位。如图2(a)所示。(2)工作模式2。开关器件Ⅵ：、VI，导通，VI。、Ⅵ．关断。①电流流入

6、负载，则电流从中性点D通过钳位二极管VD，、主开关器件VI：到达输出端，输出端电位等同于D点电位。如图1(b)所示。②电流从负载流出，电流从输出端流过VI，、VD。注入中性点，该相输出端电位仍等同于D点电位。如图2(b)所示。在这种情况下，VD，、VD。与VI：、Vl，一起钳制了输出端电位等于中性点电位。(3)工作模式3。开关器件VI，、VI。导通，Ⅵ。、Ⅵ：关断。它的工作模式与工作模式1相仿，输出端A点电位等同于Ⅳ点电位。由以上分析可知，在中性点钳位型逆变器中，主开关管VI。和Ⅵ。不能同时导通，而VI。和VI，、VI：和VL的工作状态是互反的，这是三电平逆变器的基本

7、控制规则。三种工作模式的开关状态与每相输出电压见表1。表l主管开关状态与每相输出电压T作Vl-V12V13V1．输出状态模式电压代号l通断+玑／2P2断通断O03断通一仉／2N3中性点钳位型逆变器工作状态的切换三电平NPC型逆变器的稳态工作具有P、O、N三种开关状态，从一种开关状态转换到另一种开关状态必然需要换相，下面首先以一相桥臂电路为例，分析NPc型逆变器从P状态切换至O状态的过程。3．1电流从逆变器流向负载端设初始状态为主开关器件VI。、VI：导通，电流流径为P电位一Vl，一VI：卅端，如图1(a)所示。为使逆变器从P状态切换至O状态，先给VI