基于三电平有源滤波器的控制策略改进

施必剑 胥 飞

（上海电机学院电气学院，上海201306）

0 引言

常规四桥臂逆变器控制矢量计算过程繁琐，而且在直流侧中点电压平衡问题中，无法对中点电压的平衡进行有效、实时的控制[1]，误差量较大。为了使三电平三相四桥臂空间矢量控制速度更快，结构更简单，并且能够对直流侧中点电压平衡进行有效控制[2]，降维的思想显得尤为重要。

1 降维的三电平四桥臂逆变器数学模型

由基尔霍夫电压定律得三电平三相四桥臂逆变器推导公式：

由于三相四线制中的不对称且畸变电源电压通过逆变器最后输出电压是对称的，所以满足：

假设各桥臂控制采用对称控制，即各桥臂中点电势UAN、UBN、UCN是对称的，忽略其中的高频开关分量，满足：

将式（3）代入式（1），得到第四桥臂参考电压：

再将式（4）代入式（1），得到前三桥臂参考电压：

2 3D-SVPWM逆变器控制

采用3D-SVPWM逆变器控制[3]需要求得三相参考电压值，为了使计算简单，将三相四桥臂逆变器电路模型简化成平均电流电路模型，其中，逆变器的输出等效为电压源，负载等效为电流源。再将平均电流电路模型利用对称分量法将电压电流分解成正序、负序和零序，分别对正负零序进行计算，再采用PI[4]对电压、电流进行调节。假设三相输出电压为对称电压，则：

式中，U为电压瞬时值；ω为电压角频率。

根据分解的正负零序模块得到的逆变器输出电压：

3 直流侧中点电压控制

由于三电平逆变器存在中点电压不平衡问题，为保证晶闸管承压较小，防止开关被击穿和提高系统的可靠性，采用均压方法，即将给定电压值的一半Udc/2与逆变器直流侧两个电容电压Udc1和Udc2分别进行比较，然后通过PI控制器控制后得到指令电流，为简化系统控制，将指令电流直接送到输入端与输入端电流参考值一起进行控制。

4 实验与结果分析

仿真实验采用Simulink仿真，图1～图3依次为3D-SVPWM控制下带不平衡负载的三相电压波形、前三桥臂的三相电流波形、中点电压波形。

图13 D-SVPWM控制下带不平衡负载的三相电压波形

图23 D-SVPWM控制下带不平衡负载的三相电流波形

图33 D-SVPWM控制下带不平衡负载的中点电压波形

图中输出的电压波形与平衡负载情况下的波形是相同的，输出的三相电流相互对称，消除了畸变电流中的谐波，波形更加接近于正弦波形，因此3D-SVPWM逆变器控制满足实验要求。

5 结语

从实验结果可以看出，3D-SVPWM控制的不平衡电压、电流波形能够在短时间内稳定成正弦波，波形稳定；中点电压可稳定地平衡在中点附近。结果验证了改进的控制策略的有效性。