(新)基于SVPWM的三电平逆变器控制策略研究.doc

第十一届电力电子年会论文集
基于非正交坐标系的三电平逆变器控制策略研究
祝龙记张立
（安徽理工大学，淮南，邮政编码：232001）
摘要：论文在分析三电平逆变器空间电压矢量控制的基础上，提出了一种基于非正交坐标系SVPWM控制策略。该控制策略在传统空间电压矢量调制(SVPWM)的基础上，将直角坐标系转换为非正交的600坐标系，在非正交坐标内对小三角形区域判断规则、合成参考电压矢量的计算和PWM信号的产生方法进行了研究。该算法不仅计算简单，易于实现，而且能方便地推广到多电平逆变器中。通过仿真验证了该控制策略的正确性及有效性。
关键词：空间矢量脉宽调制；三电平；逆变器；非正交坐标系
TheResearchontheControlStrategyofThree-Level
InverterBasedonSVPWMinnon-orthogonalcoordinates
ZHULONG-JiZHANGLi
(AnhuiUniversityofScience&Technology,Huainan,232001）
Abstract:ThebasicprincipleofSpaceVectorPulseWidthModulation(SVPWM)forthreeslevelinverterisanalyzedinthispaper.ASVPWMcontrolstrategyinnon-orthogonalcoordinatesispresented.BaseontraditionalSVPWMcontrolstrategy,theorthogonalcoordinatesystemisconvertedtothe60non-orthogonalcoordinates.Innon-orthogonalcoordinates,thejudgingrulesofthesmallsectors,theout-voltagevectorsequence,aswellastheproducingmeansofPWMsignalsisstudied.Thisalgorithmhasthecharacteristicofaccountsimpleness,realizingeasiness,andcanspreadtomultilevelinverter.thesimulationresultsshowtheeffectivenessandcorrectnessofthealgorithm.
KeyWords:SVPWM,three-level,inverter,non-orthogonalcoordinates
1引言
对于三电平逆变器来说，传统三电平SVPWM算法是把电压矢量空间等分成6个大扇区，每个扇区又分成4个小三角形扇区，利用基本矢量在小扇区中计算出矢量作用时间，根据矢量切换点的切换条件在24个小三角形之间进行切换。传统三电平SVPWM算法的矢量作用时间基本上有两种实现方式，一是利用角度和基本矢量配合计算出矢量作用时间；二是直接计算出矢量作用时间，并不涉及到角度问题。这两种方式的缺点是计算量大，最大的缺点是不易于推广到多电平。为此，本文提出了一种非正交坐标系及基于该坐标系的多电平SVPWM统一简化算法，该算法计算简单，易于实现，是多电平逆变器svPwM控制算法的通解[1]。
2三电平逆变器的主电路结构及其工作原理
三电平逆变器的拓扑结构如图1所示，每相桥臂有三个基本电平状态。以A相为例，其桥臂有四个开关器件IGCT，即VT1A、VT1M、VT4A、VT4M，每一个IGCT元件都反并联一只续流二极管。VD1、VD4是两个辅助箝位二极管。主开关器件VT1A、VT4M实现和两电平逆变器主电路中上下管相同的功能。在A相桥臂中的另外四个功率管VT1m、VT4A、VD1、VD4起零点箝位作用，将输出电位箝位在零电平。三电平逆变器的直流侧由直流电容C1和C2组成，且这两个电容中间点O和箝位二极管的中点相连接。在这种连接方式下，中点O的电位会受到电流变化和开关状态的影响而浮动。VF1、R1、C3组成上桥臂吸收电路，当VT1A、VT1M关断时，电流通过VF1对C3充电，由于C3两端的电压不能突变，从而限制加到上桥臂开关器件的电压上升率，当C3两端的电压大于Ud/2时，将通过R1放电，从而限制了C3两端的最高电压。同理，VF2、R2、C4组成下桥臂吸收电路。
三电平逆变器每相有三种开关状态，共有33=27种开关状态。三电平逆变器可以输出27种电压矢量，其中有效矢量19种。将这27种电压矢量分为零电压矢量、小电压矢量、中电压矢量和大电压矢量。零电压矢量和大电压矢量对中点电位没有影响。中电压矢量因为使用正侧的直流电源和负侧的直流电源，所以中点电位的上升和下降取决于输出电压