三电平逆变器空间矢量调制及中点电压控制

T型三电平逆变器空间电压矢量调制技术研究摘要：T 型三电平逆变器的电路具有传导损耗低、器件数目少、成本低、输出波形质量高等优点，是很有发展前景的一种三电平逆变器拓扑，因此本文以T型三电平光伏并网逆变器为研究对象。

关键词：T 型三电平逆变器，优点1、三电平控制技术概述对于要求比较高的电力电子系统中，PWM控制技术是系统所使用的是其共用技术也是其核心技术,把半导体器件的开通和关断作为条件，把直流电压变成一定形状的电压脉冲序列，这就是其基本原理，最后实现变频、变压并且有效地抑制和消除谐波。

对于PWM技术在三电平逆变器中的应用主要表现为两点：1、对输出电压要能进行约束,2、对逆变器自己的运行状况要能进行约束。

几种主要的控制策略：1、阶梯波脉宽调制法2、正弦脉宽调制法3、特定谐波消去法4、开关频率优化法5、空间电压矢量调制法。

以上几种方法中最后一种方法在应用上十分广泛。

它在应用时相比于其他方法有以下几条优势：1、传导损耗低2、易于数字化3、输出波形质量高4、对于合理布局的空间电压矢量,能够使开关频率降低，由此导致开关损耗减少。

2、空间电压矢量分布根据其电路结构图能够推出其中在每一相桥臂含有4个开关设备，这里用Sym 代表各个开关管和其对应的开关状况，这里 y= A / B/C， m = 1/ 2/3/ 4，Sym =1 表示相应的开关管开通，Sym =0则表示关断。

根据前文的论述能够推出，每一相桥臂上的开关设备可以根据开关的不同组合得到不同的输出状况，可是无论怎样每一相中的开关设备Sy1 和Sy3以及Sy2以及Sy4必须是相互补充不可同时导通，初此之外开关设备Sy1 和Sy4不可以直接通过电路直接接通，所以可以得到所有开关状况中只有三个开关状况组合能够使用。

3、参考电压矢量合成原则对于三电平逆变器输出图形的形状，要让其得以接近圆形，且最后得出的旋转磁通是圆形，这里可以利用的策略即为利用输出电平也即逆变器输出的值与其作用的时间进行有限次组合，由此使得多边形朝圆形无限接近。

NPC三电平逆变器及其中点电位平衡的研究一、本文概述Overview of this article随着电力电子技术的快速发展和可再生能源的大规模应用，电力转换和电能质量控制成为了电气工程领域的研究热点。

其中，三电平逆变器作为一种高效的电能转换装置，在风力发电、太阳能发电、电机驱动等领域得到了广泛应用。

然而，三电平逆变器在运行过程中，中点电位平衡问题一直是影响其性能稳定性的关键因素。

因此，对NPC（Neutral Point Clamped）三电平逆变器及其中点电位平衡的研究具有重要的理论价值和实际意义。

With the rapid development of power electronics technology and the large-scale application of renewable energy, power conversion and power quality control have become research hotspots in the field of electrical engineering. Among them, three-level inverters, as an efficient energy conversion device, have been widely used in fields such as wind power generation, solar power generation, and motor drive. However, the issue of midpoint potential balance has always been a keyfactor affecting the performance stability of three-level inverters during operation. Therefore, the study of NPC (Neutral Point Clamped) three-level inverters and their midpoint potential balance has important theoretical value and practical significance.本文旨在深入探讨NPC三电平逆变器的工作原理、中点电位平衡控制策略以及实际应用中的关键技术问题。

攀枝花学院本科毕业设计（论文）三电平逆变器中点电位平衡控制研究学生姓名：学生学号：201210502052院（系）：电气信息工程学院年级专业：12级电气工程及自动化指导教师：二〇一六年五月摘要中点钳位型三电平逆变器是众多三电平逆变器拓扑结构中，电路结构简单、易于实现数字化调制的，但是由于其拓扑结构的特点难免会出现中点电位不平衡的现象。

该现象导致逆变器输出波形的谐波含量增加，甚至产生畸变，影响逆变器系统的安全可靠运行，因此，必须对中点钳位型三电平逆变器的中点电位进行控制。

本文主要采用的是空间矢量PWM控制方法，分析了空间矢量调制的基本原理，推算出各个区域各个小三角形的判断规则，并根据参考矢量落在某区域某小三角形内来计算出各个合成电压矢量的作用时间以及矢量优化方法。

然后再基于中点钳位型三电平逆变器中点电位不平衡的原因，提出中点电位调制算法。

最后在MATLAB/Simulink仿真平台上对中点电位平衡控制进行仿真并验证该控制方案的正确性和可行性。

关键词三电平逆变器，中点钳位，中点电位，空间矢量ABSTRACTNPC three-level inverter has more simple circuit structure and is easier to achieve modulation among many kinds of three-level inverter topology. However, because of the characteristics of its topology, the problem of neutral-point unbalance may occur, which will cause a higher harmonic content in the waveform of inverter, even distortion affecting the stable operation of inverter system. For this reason, we have to control the neutral point of NPC three-level inverter.The thesis analyzes the basic principle of vector modulation technique and calculates the judgment of triangles in every area. And according to vector in some triangle, the functioning time of the synthesizing voltage vectors and the optimizing way of the vectors can be calculated. After that, the neutral-point modulation algorithms can be put forward on the basic of the reasons of the unbalanced neutral-point of NPC three-level inverter. Lastly, the balanced control of neutral-point will be simulated and proved in MATLAB/Simulink.Key words Three-level inverter, Neutral Point Clamped, Midpoint potential, Space Vector目录摘要 (I)ABSTRACT..................................................................................................................... I I1 前言 (4)2 三电平逆变器的拓扑结构及其工作原理 (6)2.1引言62.2飞跨电容型三电平逆变器 (6)2.2.1拓扑结构及工作原理 (6)2.2.2飞跨电容型三电平逆变器的特点 (8)2.3级联型三电平逆变器 (8)2.3.1拓扑结构及工作原理 (8)2.3.2级联型三电平逆变器特点 (9)2.4中点钳位型三电平逆变器 (9)2.4.1拓扑结构及工作原理 (9)2.4.2 NPC三电平逆变器的特点 (10)2.5本章小结 (10)3 NPC三电平逆变器SVPWM控制方法研究 (12)3.1引言 (12)3.2 NPC三电平逆变器空间电压矢量 (12)3.3 NPC三电平逆变器空间电压矢量PWM的传统算法 (14)3.4矢量分配及优化 (18)3.5 本章小结 (19)4 中点电位平衡控制研究 (21)4.1 引言 (21)4.2 NPC 三电平逆变器中点电位不平衡原因 (21)4.3 中点电位平衡控制 (23)4.4 调节因子失效与修正 (24)4.5 本章小结 (25)5 实验仿真 (26)5.1 引言 (26)5.3 仿真结果 (28)5.4 本章小结 (30)6 全文总结 (31)致谢 (32)1 前言需要应用到逆变器的场合非常广泛，在能源转换的过程中起着不可或缺的作用，而两电平逆变器由于具有功率管的开关损耗高、输出电压电流谐波含量较高、功率管承受的电压较大的等特点，在中高容量场合应用得不是很广泛。

《四线制三电平逆变器空间矢量调制及并网控制技术研究》篇一一、引言随着电力电子技术的快速发展，四线制三电平逆变器作为电力系统中的关键设备，其在风能、太阳能等可再生能源的并网发电系统中的应用日益广泛。

本文旨在研究四线制三电平逆变器的空间矢量调制（SVM）技术及其在并网控制中的应用，为提高逆变器的性能和并网效率提供理论支持。

二、四线制三电平逆变器概述四线制三电平逆变器是一种具有三个电平的电压型逆变器，其具有四个桥臂，每个桥臂均由两个开关器件组成。

相较于传统的两电平逆变器，三电平逆变器具有较低的开关损耗、较低的谐波失真和较高的电压利用率等优点。

此外，四线制结构使得逆变器在并网时具有更好的灵活性和稳定性。

三、空间矢量调制技术空间矢量调制（SVM）是一种优化PWM（脉宽调制）技术的调制方法，通过优化开关序列，使逆变器输出电压更接近理想正弦波形。

在四线制三电平逆变器中，SVM技术的应用可以有效降低谐波失真，提高电压利用率。

（一）SVM基本原理SVM技术通过将三相电压分解为多个小矢量和零矢量，然后根据特定的规则进行排序和组合，生成优化后的PWM波形。

在这个过程中，SVM算法需要根据逆变器的拓扑结构和输出电压的要求进行设计。

（二）SVM在四线制三电平逆变器中的应用在四线制三电平逆变器中，SVM技术的应用需要考虑多个因素，如开关序列的优化、零矢量的分配、中点电位的平衡等。

通过合理的SVM算法设计，可以有效降低谐波失真，提高电压利用率，同时保证中点电位的稳定。

四、并网控制技术并网控制是四线制三电平逆变器在可再生能源并网发电系统中的重要功能。

本文将从以下几个方面对并网控制技术进行探讨。

（一）并网控制策略并网控制策略主要包括同步技术、功率控制、电压和频率控制等。

其中，同步技术是保证并网成功和稳定运行的关键。

功率控制则需要根据电网需求和逆变器输出能力进行合理调整。

电压和频率控制则需要保证并网后电网的电压和频率稳定。

（二）四线制三电平逆变器的并网控制特点四线制三电平逆变器在并网控制方面具有较好的灵活性和稳定性。

三电平逆变器空间矢量调制及中点电压控制王兆宇;艾芊【摘要】基于多电平逆变器的中性点电位不平衡问题的研究,对现有的虚拟矢量合成算法进行改进,提出了一种新的分区判断及矢量合成算法.该算法充分利用了新的合成矢量对中性点电压波动的平衡作用,采用十段式对称模式进行调制,有明显的谐波抑制及控制优势,调整小矢量对的作用时间,理论上可以做到最大程度地消除中性点电压的偏移.基于该算法的PSCAD/EMTDC仿真以及实验结果证明其简便易行,有利于计算机数字化实现.%A new algorithm of partition judging and vector composition is proposed, which is based on the study of neutral point potential imbalance of multi-level inverter and the improvement of existing method of virtual vector synthesis. The algorithm takes full advantage of the new synthetic vector's control effect of neutral point potential fluctuation) modulates in ten-stage centered mode, and shows superior performance for the harmonic suppression and the balance control, which can minimize the neutral point potential migration by adjusting small-vector pairs' action time. The convenience and feasibility of the approach has been verified by PSCAD/EMTDC simulation and experimental results, which is good for digital computer realization.【期刊名称】《电力系统保护与控制》【年(卷),期】2011(039)020【总页数】6页(P131-136)【关键词】空间矢量调制;中性点电压控制;矢量合成【作者】王兆宇;艾芊【作者单位】上海交通大学电气工程系,上海200240;上海交通大学电气工程系,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TM7140 引言随着基于可关断电力电子器件的柔性输配电装置及高压变频设备的快速发展，多电平变换器及相关技术日益成为研究的热点及难点[1-5]。

三电平零序分量注入载波调制及中点电位控制Three-Levei Carried Moduiation Based on Zero-Sequenee Voltage I z jectionand Control of Neutral Point Pote"tial李党盈常亚婷(西安迅湃快速充电技术有限公司，陕西西安710119)摘要:针对传统的矢量合成法空间矢量调制逻辑复杂、运算量大的问题，研究了一种基于零序分量注入的中点钳位型三电平拓扑载波调制策略。

推导并总结了参考电压在整个矢量空间下的零序分量表达式。

数值仿真结果表明，将零序分量与参考电压叠加，可以实现与常规合成法等效的空间矢量调制。

以负载电流方向和正负小矢量作用机制为依据，通过正负小矢量作用时间的调节，控制流入和流出母线中点的电流，可实现正负母线电压的平衡控制。

搭建了三电平整流器正负母线不平衡测试环境，通过实验验证了中点电位控制方法的正确性和有效性遥关键词：三电平；载波调制；零序分量；中点电位控制Abstract:A Carried modulation strategy of neural point clamped three-level topology based on zero sequence voltage injections studied"this paper.The general formula for calculating the zero sequence voltage of the reference voltage" different sectors and modulation ratios is derived.Numericai simulation results show that superimposing the zero sequence voltage with the reference voltage can achieve space vector modulation equivalent to the conventional synthesis method. Based on the load current direction and the positive and negative small vector action mechanism,through the adjustment of the positive and negative small vector action time,the current flowing into and out of the neural point can be controiled.A three-level rectifier positive and negative bus unbalance test platform is built,a"d the correctness and effectiveness of the neutral point potential control algorithm are verified through experiments.Keywords:Theree-LeveI|Carriea moauIation|Zero-sequence voItage|ControI of neural point potential中点钳位型三电平变流拓扑具有功率器件电压du/dt小、损耗低、滤波系统体积小等优点,在光伏逆变器、大功率交流传动、有源电力滤波等产品上广泛应用［1］遥三电平变换器直流中点电位在正负母线功率不均衡等情况下会失去平衡性，导致功率管电压应力水平升高的风险。

第３８卷第２期 计算机应用与软件Ｖｏｌ ３８Ｎｏ．２２０２１年２月 ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄＳｏｆｔｗａｒｅＦｅｂ．２０２１三电平ＮＰＣ逆变器中点电压平衡混合调制策略李　癑　黄孙伟　徐　川（天津理工大学电气电子工程学院　天津３００３８４）（天津理工大学天津市复杂控制理论与应用重点实验室　天津３００３８４）收稿日期：２０１９－０７－１７。

李癑，硕士生，主研领域：电力电子技术在多电平变流器的应用。

黄孙伟，副教授。

徐川，硕士生。

摘　要 针对二极管中点钳位型（ｎｅｕｔｒａｌｐｏｉｎｔｃｌａｍｐｅｄ，ＮＰＣ）三电平逆变器直流侧电容电压不平衡问题，提出一种混合空间矢量脉宽调制技术（Ｓｐａｃｅｖｅｃｔｏｒｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，ＳＶＰＷＭ）和虚拟空间矢量脉宽调制技术（Ｖｉｒｔｕａｌｓｐａｃｅｖｅｃｔｏｒｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，ＶＳＶＰＷＭ）的控制策略。

采用６０°坐标系，通过大扇区旋转模型和小扇区重新划分以简化计算，即在低调制比时，通过一系列处理简化ＳＶＰＷＭ算法，并设计ＰＩ控制器以调节小矢量作用时间平衡中点电压；在高调制比时，改进ＶＳＶＰＷＭ，重新定义小、中矢量在降低共模电压的同时设计滞环比较器以平衡中点电压。

仿真和实验验证了该方法的正确性和有效性。

关键词 电容电压不平衡　调制比　简化空间矢量脉宽调制技术　ＰＩ控制器　改进虚拟空间矢量脉宽调制技术　滞环比较器中图分类号　ＴＰ３　ＴＭ８４３ 文献标志码　Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００ ３８６ｘ．２０２１．０２．０１５ＴＨＲＥＥ ＬＥＶＥＬＮＰＣＩＮＶＥＲＴＥＲＭＩＤＰＯＩＮＴＶＯＬＴＡＧＢＡＬＡＮＣＥＨＹＢＲＩＤＭＯＤＵＬＡＴＩＯＮＳＴＲＡＴＥＧＹＬｉＹｕｅ　ＨｕａｎｇＳｕｎｗｅｉ　ＸｕＣｈｕａｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００３８４，Ｃｈｉｎａ）（ＴｉａｎｊｉｎＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＣｏｎｔｒｏｌＴｈｅｏｒｙａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎＣｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００３８４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆＤＣ ｃａｐａｃｉｔｏｒｖｏｌｔａｇｅｉｍｂａｌａｎｃｅｏｆｄｉｏｄｅｎｅｕｔｒａｌｐｏｉｎｔｃｌａｍｐｅｄ（ＮＰＣ）ｔｈｒｅｅ ｌｅｖｅｌｉｎｖｅｒｔｅｒ，ａｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｏｆｈｙｂｒｉｄｓｐａｃｅｖｅｃｔｏｒｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（ＳＶＰＷＭ）ａｎｄｖｉｒｔｕａｌｓｐａｃｅｖｅｃｔｏｒｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（ＶＳＶＰＷＭ）ｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｉｎ６０°ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍ，ｌａｒｇｅｓｅｃｔｏｒｒｏｔａｔｉｏｎｍｏｄｅｌａｎｄｓｍａｌｌｓｅｃｔｏｒｒｅ ｄｉｖｉｓｉｏｎｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｓｉｍｐｌｉｆｙｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．Ｗｈｅｎｔｈｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｒａｔｉｏｗａｓｌｏｗ，ａｓｅｒｉｅｓｏｆｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｗａｓｕｓｅｄｔｏｓｉｍｐｌｉｆｙｔｈｅＳＶＰＷＭａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ａｎｄａＰＩｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏａｄｊｕｓｔｔｈｅｓｍａｌｌｖｅｃｔｏｒａｃｔｉｏｎｔｉｍｅａｎｄｂａｌａｎｃｅｔｈｅｎｅｕｔｒａｌｐｏｉｎｔｖｏｌｔａｇｅ．Ｗｈｅｎｔｈｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｒａｔｉｏｗａｓｈｉｇｈ，ｔｈｅＶＳＶＰＷＭｗａｓｉｍｐｒｏｖｅｄｔｏｒｅｄｅｆｉｎｅｔｈｅｓｍａｌｌａｎｄｍｅｄｉｕｍｖｅｃｔｏｒｓ，ａｎｄｔｈｅｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓｃｏｍｐａｒａｔｏｒｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏｂａｌａｎｃｅｔｈｅｎｅｕｔｒａｌｐｏｉｎｔｖｏｌｔａｇｅｗｈｉｌｅｒｅｄｕｃｉｎｇｔｈｅｃｏｍｍｏｎｍｏｄｅｖｏｌｔａｇｅ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｉｓｃｏｒｒｅｃｔａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｃａｐａｃｉｔｏｒｖｏｌｔａｇｅｉｍｂａｌａｎｃｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｒａｔｉｏ　ＳｉｍｐｌｉｆｙＳＶＰＷＭ　ＰＩｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ＩｍｐｒｏｖｅＶＳＶＰＷＭＨｙｓｔｅｒｅｓｉｓｃｏｍｐａｒａｔｏｒ０　引　言ＮＰＣ三电平逆变器因其自身良好的性能及其拓扑结构对硬件的要求较低等优点被广泛应用于高电压大功率场合［１－２］。