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三电平逆变器死区补偿策略研究
一、介绍
现代电力系统要求高效、节能、可靠、安全，而逆变器在工业控制、交流驱动、UPS电源等领域得到广泛应用，尤其是三电平逆变器。三电平逆变器具有输出电压质量高、谐波少、效率高、可靠性强等优点，在高功率应用中得到了广泛应用。不可避免的，三电平逆变器存在一些问题，其中最常见的问题是死区失控。死区是逆变器开关的间隔时间，因为开关的误差，导致输出电压的畸变和电流的不稳定。对于三电平逆变器，死区问题更为严重。这使得解决死区失控的问题成为了研究的一个焦点。
死区问题由来已久，在过去的几十年中，已有很多研究对此进行了解决。这些研究主要涉及死区失控的机理、死区补偿的方法、死区补偿控制器的设计等方面。
二、三电平逆变器死区失控机理
死区失控问题是由开关的不完美触发引起的。在三电平逆变器中，开关采用的是硅控整流器，由于这种器件寿命较短、可靠性较低和工作温度范围小等原因，使用三电平逆变器就需要更为精细的控制技术。
硅控整流器应该在共模电压为零的时候被触发。但是，在实际情况中，由于各种因素的影响，如器件内部的温度变化、零漂等误差的存在，硅控整流器的触发时刻不可能完全符合理论的预测。这使得三电平逆变器的输出电压和电流难以完美同步，并产生不稳定性和谐波畸变。
三电平逆变器的死区失控机理是这样的：通常情况下，当两个同向开关之间的电压小于一个特定的电压（正常情况下是零），这两个开关都关闭。这样就会出现一个死区，因为一个开关关闭的时候，另一个开关还没有打开。在这个死区期间，输出电压和电流会发生变化，导致谐波和不稳定性。
三、死区补偿的方法
为了解决这个问题，需要采取一些措施来消除死区，因为死区无法完全消除。这就需要死区补偿措施。目前，有许多死区补偿控制器已经被提出。以下是几种常用的死区补偿方法。
1.比例积分控制
这种方法是最基本的死区补偿方法。通过对控制器输出进行比例积分（PI）控制来消除死区。PI参数的设定可以根据系统的特性进行优化。通常情况下，PI控制器使用两个输入信号：系统误差和误差积分。误差信号是输出信号与参考信号之间的差异，误差积分是误差信号的积分。PI控制器将误差信号作为输入，而输出信号是各个开关产生的PWM信号。
PI控制器的主要优点是结构简单，在解决死区控制方面具有良好的效果。但是，它需要手动调整参数，结果可能并不理想。另外，在开关以高频率操作时，它不能有效控制死区。
2.增量控制
增量控制是一种死区补偿方法，它可以在PWM信号占空比变化之前进行干扰补偿。这种控制方法需要对误差信号进行微分，以获得PWM信号的增量。增量控制通常使用增益控制，以使增益与误差成正比。然后将增益应用于误差信号，以实现PWM信号的补偿。
增量控制的主要优点是可以更好地控制死区失控，减少谐波畸变。在高频操作时，它也更为有效。但是，增量控制需要计算微分参考，这增加了计算负担，为控制器带来了更高的复杂度。
3.静态比例控制
静态比例控制是另一种主要的死区补偿方法。它通过动态调整PWM信号来实现控制。这种控制方法的主要特点是，它可以动态地调整PWM信号的占空比，以实现消除死区的效果，而不是设置固定的占空比。静态比例控制使用的是比例控制器，它们根据解析式来计算PWM信号。静态比例控制可以实现高精度的控制，并且对于无噪声环境下的系统来说效果非常好。
但是，静态比例控制的缺点是，它需要比较大的计算负担，因为必须进行精确的比例计算。此外，当系统受到噪声干扰时，它可能无法表现出自己的优越性。
四、总结
三电平逆变器死区失控问题对于输出电压的质量和稳定性具有严重影响，在实际应用中十分必要采取一些措施进行补偿。以上介绍的死区补偿控制器是常用的方法，每一种方法都有其优缺点。因此，在实际应用中，应该根据实际需要和情况，综合考虑选择使用合适的死区补偿控制器。