三电平逆变器的SVPWM控制原理研究

马本来

（中海油田服务股份有限公司，天津300452）

三电平逆变器的SVPWM控制原理研究

马本来

（中海油田服务股份有限公司，天津300452）

在三电平逆变器数学模型的基础上，介绍了SVPWM的原理与实现过程，并分析中点电位波动的原因和抑制方法。通过搭建三电平SVPWM逆变器的仿真模型验证该逆变器的可行性和优越性。

逆变器；三电平；SVPWM；仿真

引言

随着高压变频调速技术的发展，多电平变换器耐压水平高、通流能力强，主要应用于矿井提升、风力发电、有源电力滤波器等高压大功率领域。作为多电平逆变器最基础也是最具代表性的逆变技术，三电平逆变器的控制算法更加简单[1]。同时以空间矢量脉宽调制（SpaceVectorPulseWidthModulation，SVPWM）为开关管的控制方法可有效抑制高次谐波，同时兼具易于数字化的优点[2]。

1 三电平SVPWM算法

三电平SVPWM的参考矢量由三个基本矢量合成，三电平SVPWM控制算法中的要求是使三相逆变器输出的电压空间矢量满足磁链轨迹为圆形或逼近圆形[3]，三电平控制算法具体包括参考电压矢量的扇区判断，基本矢量的作用时间以及时间状态分配[4]。

扇区划分的原理是按60°一个扇区将空间分为6个大扇区，又将每一个大扇区细分为6个小扇区[5]，如图1所示。其中I~VI表示大区域，1~6表示小区域。

以第I扇区为例，如图2所示，参考电压矢量Vref在α、β轴上的投影分别为Vα和Vβ，θ为Vref与α轴的夹角。由图中几何关系可知，Vα=Vrefcosθ，Vβ=Vrefsinθ。当Vβ=θ≤30°时，若满足条件时，Vref处于区域1中；若有，Vref应在区域5，否则Vref在区域3。当时分析同理。

图1 扇区划分

图2 小区域判断

参考电压矢量所在区域确定后可根据邻近三矢量合成原则选取合成Vref的三个基本矢量V1、V2、V3。令T1、T2、T3为各电压矢量的作用时间，Ts是空间矢量调制的控制周期，根据伏秒平衡原理有：

求解T1、T2、T3即完成各电压矢量的作用时间。

同一桥臂上的开关应保证每一次电压矢量变化时仅有其中一个开关工作。该原则的设定是为了避免线电压出现反极性脉冲，并产生电压脉动和电磁噪声。

2 中点电位平衡控制

NPC型三电平逆变器直流侧中点电位存在波动，一方面是由于两个滤波电容实际参数存在偏差；另一方面，电容和负载之间不同的连接状态，变化的中点电流对电容不同程度的充、放电造成中点电位波动。

可以利用调节小矢量占空比法进行中点电位不平衡的抑制。该方法利用正负两组小矢量对中点电压作用相反的特性实现电压不平衡抑制。与根据上下滤波电容直流电压差值设定占空比不同的是，该方法依据外、中、内不同三角形区域进行占空比的计算。

3 仿真研究

为验证SVPWM控制算法的正确性，在Matlab/Simulink环境下，搭建三电平逆变器控制系统仿真模型，负载接三相星型对称阻感负载。仿真参数设置为：负载电阻R=0.07Ω，负载电感L=1mH。三电平逆变器输出线电压波形分别如图3所示。图4为A相负载输出相电流。

4 结语

图3 输出线电压波形

图4 单相负载输出相电流波形

本文介绍了SVPWM算法原理，以及三电平逆变器中点电压不平衡的原因和解决方法。并通过仿真验证SVPWM三电平逆变器的输出相电流波形接近正弦波，所含谐波较少。基于SVPWM的三电平逆变技术在高压大功率工业场合具有广阔的应用前景。

[1]谢拴勤,张震,石伟，等.开关磁阻发电系统并网逆变单元仿真研究[J].测控技术,2011,30(11)，68-71.

[2]宋文祥,丁肖宇,束满堂，等.三电平逆变器空间矢量脉宽调制及其实现[J].电力电子技术,2005,39(5):10-11.

[3]伍小杰,董瑶,周娟，等.三电平逆变器基于参考电压分解的SVPWM算法[J].系统仿真学报,2009,21(19):6 216-6 220.

[4]张崇巍,苑春明,张兴.中点电位平衡的三电平逆变器SVPWM简化算法及其实现[J].电气传动,2008,38(11):37-41.

[5]李国丽,夏秋实,胡存刚，等.三电平NPC逆变器SVPWM方法研究[J].电气传动,2007,37(12):31-34.

（编辑：刘楠）

Research on Control Princip le of Three-level Inverter SVPWM

M a Benlai
(China Offshore Oil Service Corporate,Tianjin 300452)

On the basis of themathematicalmodel,SVPWM algorithm is introduced.Meanwhile,the causes and suppressionmethods of neutral pointpotential fluctuation is also analyzed,and superiority of the control algorithm are verified by the simulation.

inverter；three-level；SVPWM；simulation

TM 464

A

2095-0748(2016)18-0060-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.18.24

2016-08-29

马本来（1987—），男，吉林四平人，研究方向：电力电子。