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NPC三电平逆变器中点电位的控制方法研究
摘要：
随着工业化程度的不断提高，能源成为制约社会经济发展的一大瓶颈，提高能源利用效率成为人们研究的重点。逆变器作为一种能够将直流电转化为交流电的设备，在实际生产生活中得到广泛应用。本文主要探讨了NPC三电平逆变器中点电位的控制方法，包括多种电路拓扑结构的设计、基于PWM调制技术的控制方式、基于PI控制器的模拟算法等几个方面。通过这些方法，可以实现对中点电位的有效控制，从而达到提高逆变器的能效、降低对电力设备的损伤等效果。
关键词：NPC三电平逆变器；中点电位；PWM调制；PI控制器
一、引言
逆变器是实现直流与交流之间转换的关键设备，具有实用性和安全性，应用广泛。其质量和性能的优劣直接影响着交流电的输出品质以及对电力设备的损伤。针对普通两电平逆变器功能不完善的缺陷，出现了三电平逆变器。本文以NPC三电平逆变器为研究对象，旨在探讨其中点电位的控制方法。
二、多种电路拓扑结构的设计
在NPC三电平逆变器的控制中，最关键的就是对中点电位的控制。为了实现中点电位的控制，需要设计合理的电路拓扑结构，常见的电路拓扑结构有V类、N类、A类、C类等。其中，V类逆变器和N类逆变器是常见的两种拓扑结构。
1、V类逆变器
V类逆变器是一种能够在四个氧化物场效应管的帮助下，实现三电平输出的电路拓扑结构。如图1所示，V类逆变器拥有三组H桥电路，每个H桥电路由四个场效应管和两个二极管组成。在正向桥中，两个虚拟开关为开，两个实际开关为关；在反向桥中，两个虚拟开关为关，两个实际开关为开。通过对H桥电路的控制，使得输出电压接近于理论三电平输出。
图1V类逆变器电路拓扑
V类逆变器的缺点是需要大量MOS管和二极管管脚进行连接，造成布线复杂，成本较高。
2、N类逆变器
N类逆变器是一种利用H桥电路实现三电平输出的电路拓扑结构。和V类逆变器不同的是，N类逆变器仅需要两组H桥电路，选用的器件少，控制也较为简单。
图2N类逆变器电路拓扑
N类逆变器的优点是控制简单，成本也较低。但其也存在着输出失真等缺陷。
三、基于PWM调制技术的控制方式
基于PWM技术的逆变器中，控制器主要是用来确定转换器应产生怎样的波形，使输出电压趋近于理论值的。基本思想是改变信号的宽度，进而改变输出的平均电压，从而实现输出电压的控制。
在PWM调制技术中，有三种常见的调制方式：单三角波PWM调制、对称交叉PWM调制、SVM调制等。这里以对称交叉PWM调制为例，进行说明。
对称交叉PWM调制是一种经典的PWM调制方式，其特点是能够实现较为理想的波形，输出谐波少。其基本思想是分别使用两个三角波，控制上半部分和下半部分的开关。两个三角波在占用时间与电平平均值上是对称的，如图3所示。
图3对称交叉PWM调制周期图
根据三电平逆变器的输出特点，可以得到流向输出网格的电压，我们可以设置针对中点电位的目标电压，并与实际电压做比较，控制PWM的占空比，得到控制信号，以此实现对中点电位的控制。
四、基于PI控制器的模拟算法
为了实现对中点电位的控制，需要设计针对中点电位的PI控制器。PI控制器是一种常见的调节器，其主要作用是在控制系统中加入一个比例控制和积分控制的组合，以此实现对系统性能的优化。
针对NPC三电平逆变器的中点电位控制问题，可以采用PI控制器来加以解决。其基本思想是对误差进行反馈控制，控制器产生的控制量与误差成正比，并对误差进行积分控制。
在设计PI控制器时，需要制定合理的控制策略，包括优化参数的选择、反馈调节等。通过对误差进行反馈控制，可以实现对中点电位的有效控制，提高逆变器的能效，降低对电力设备的损伤。
五、总结
通过综述NPC三电平逆变器中点电位的控制方法，可以发现不同的电路拓扑结构和控制技术均有着各自的优缺点。在实际应用中，需要根据具体情况选择合理的控制方式，以此实现对中点电位的控制。除此之外，还需要加强对电路设计和控制方法的研究，提高逆变器的性能和可靠性，为实现能源可持续发展作出贡献。