基于SVPWM的三电平逆变器的研究

王天正 李鲁祥 刘千 赵立正

【摘 要】三电平逆变器与两电平逆变器相比有很多优点。每个开关管受到直流侧母线电压一半的电压，更适合于高电压场合的应用；每次开关时电压的变化量是两电平逆变器的一半，效率在理论上可以提高一倍；死区时间减少到两电平逆变器的一半，输出波形的谐波也会减少。本文介绍了在SVPWM工作方式下，二极管钳位型三电平逆变器的开关管的导通次序和导通时间的计算，以及中点电位平衡的控制策略。

【关键词】二极管钳位型三电平逆变器；SVPWM控制算法；中点电位平衡控制

引言

近年来，多电平逆变器在电力电子领域受到越来越多的关注，多电平逆变器就是实现电压阶梯输出波形，可以减少谐波含量，提高波形的输出质量。

在多电平逆变器的控制算法的研究上，现在通用的有正弦波脉冲调制（sinusoidal pulse width modulation，SPWM）和空间矢量脉冲宽度调制（space vector pulse width modulation，SVPWM）两种调制方法。本文主要介绍了SVPWM控制策略，虽然其计算复杂，但它对电压的利用率高，开关损耗小，更加适用于大功率的场合。

1二极管钳位型三电平逆变器

二极管钳位型逆变器由两個完全相同的电容和三个桥臂组成。为保证在流入相同的电流的时，中点电位波动更小，电容应取的大一些，本实验中取10000uf。拓扑结构如图表1所示。

当Sa1和Sa2导通，Sa3和Sa4关断时，输出端相当于连接在了P点，输出为正电平；当Sa2和Sa3导通，Sa1和Sa4关断时，输出端相当于直接连接在了O点，输出为零电平；当Sa3和Sa4导通，Sa1和Sa2关断时，输出端直接连接在了N点，输出为负电平。通过不同的开关管组合导通方式，在每一相上形成不同的输出电压。开关状态与输出电平的对应状态如表格1所示。

2 三相三电平逆变的SVPWM控制策略

三电平空间矢量算法将平面分成了24个区域，当旋转矢量落在不同的区域时，由不同的基本矢量合成。矢量图如图表2所示。

现在以矢量落在1号区域为例，进行矢量作用时间的计算，1号区域如图表3所示。

将旋转矢量正交分解可得： ， ， ，联立以上三个公式可解得： ， ， ，再乘以相应的周期时间便可以求解出V1矢量、V2矢量和零矢量所对应的作用时间。同理可以求解I扇区内其他区域作用时间，将所得结果列入表格2。

3中点电位控制方法

在SVPWM算法中，只有小矢量对中点电位有明确的影响方向，正负小矢量对中点电位的影响是相反的，可以利用小矢量的这个特点进行中点电位的平衡控制。通过检测中点电位情况，适当调整正负小矢量所占的时间比例，就可以有效控制中点电位。

4实验结果

相电压波形图如图表4所示，线电压波形图如图表5所示。

参考文献：

[1]金红元，邹云屏等.三电平PWM整流器研究[M].北京：硕士学位论文，2006.

[2]李春燕，严仰光，陈新等.基于DSP的数字控制研究[M].硕士学位论文，2004.

[3]吴敏，苏建会徽等.基于空间矢量法的三电平[M].硕士学位论文，2006.

作者简介：

王天正，男，1998年5月，青岛理工大学，

李鲁祥，男，1997年7月，青岛理工大学

刘千，男，1998年4月，青岛理工大学

赵立正，男，1997年12月，青岛理工大学

（作者单位：青岛理工大学）