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基于优化ＳＶＰＷＭ控制算法的三相电压型逆变器①李瑾１② 李可迪２（１：南昌工程学院电气工程学院 江西南昌３３００９９；２：南开大学数学科学学院 天津３０００７１）摘 要 针对传统的基于αβ坐标系的ＳＶＰＷＭ控制算法需要进行坐标变换，算法繁琐、计算量大的缺点，本文提出了一种优化的基于三相静止ａｂｃ坐标系的ＳＶＰＷＭ控制算法，通过直接比较矢量沿ａｂｃ坐标轴的各个分量的大小就可判断出矢量所在扇区及各个矢量的作用时间，大大简化了ＳＶＰＷＭ控制算法的运算过程。
将其用在三相电压型ＰＷＭ逆变器中，对该ＳＶＰＷＭ逆变器进行Ｍａｔｌａｂ仿真实验的结果证明了此新型ＳＶＰＷＭ控制算法的正确性和可行性。
关键词 电压型逆变器 空间矢量脉宽调制 仿真中图法分类号 ＴＭ４６１ 文献标识码 ＡＤｏｉ：１０ ３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－１２６９ ２０２３ ０２ ００２Ｔｈｒｅｅ ｐｈａｓｅＶｏｌｔａｇｅＳｏｕｒｃｅＩｎｖｅｒｔｅｒｂａｓｅｄｏｎＯｐｔｉｍｉｚｅｄＳＶＰＷＭＣｏｎｔｒｏｌＡｌｇｏｒｉｔｈｍＬｉＪｉｎ１ ＬｉＫｅｄｉ２（１：ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｃｈａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ３３００９９；２：ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｈｅｍａｔｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＮａｎＫａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３０００７１）ＡＢＳＴＲＡＣＴ ＡｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｃｏｍｐｌｅｘｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄｌａｒｇｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｍｏｕｎｔｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌＳＶＰＷＭｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎαβｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍ，ａｎｏｐｔｉｍｉｚｅｄＳＶＰＷＭｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎｔｈｒｅｅ ｐｈａｓｅｓｔａｔｉｏｎａｒｙａｂｃｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｂｙｄｉｒｅｃｔｌｙｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅｓｉｚｅｏｆｅａｃｈｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｔｈｅｖｅｃｔｏｒａｌｏｎｇｔｈｅａｂｃｃｏｏｒｄｉｎａｔｅａｘｉｓ，ｗｅｃａｎｊｕｄｇｅｔｈｅｓｅｃｔｏｒａｎｄａｃｔｉｏｎｔｉｍｅｏｆｅａｃｈｖｅｃｔｏｒ，ｗｈｉｃｈｇｒｅａｔｌｙｓｉｍｐｌｉｆｉｅｓｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅＳＶＰＷＭｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆＭａｔｌａｂｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｎｔｈｅｔｈｒｅｅ ｐｈａｓｅｖｏｌｔａｇｅｓｏｕｒｃｅＰＷＭｉｎｖｅｒｔｅｒｕｓｅｄｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄＳＶＰＷＭｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｐｒｏｖｅｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓａｎｄｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｎｅｗＳＶＰＷＭｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ Ｖｏｌｔａｇｅｓｏｕｒｃｅｉｎｖｅｒｔｅｒ Ｓｐａｃｅｖｅｃｔｏｒｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ１ 前言变频调速已成为目前极为重要的节能措施。
三电平NPC变换器特定谐波优化PWM策略研究在高压大功率领域,三电平变换器与两电平变换器相比,具有器件电压应力小、开关损耗少和电磁干扰低等优点。
在常用的三电平变换器中,以二极管箝位型(Neutral Point Clamped,NPC)的应用更为广泛。
在三电平NPC变换器控制系统中,其固有的中点电压不平衡问题会使电路中功率开关器件承受的电压应力不均衡,影响开关器件正常工作甚至毁坏器件;降低直流侧电容的使用寿命以及降低变换器输出效率。
因此,对三电平NPC变换器中点电压不平衡问题的研究具有重要的意义。
特定谐波消除调制(Selective Harmonic Elimination Pulse Width Modulation,SHEPWM)策略是一种通过傅里叶分解,预先确定开关角度的通断时刻,从而消除选定的低次谐波的技术。
本文以三电平NPC变换器为研究对象,采用SHEPWM策略,研究了SHEPWM策略中开关角度在线控制,并且以中点电压不平衡为优化目标,对SHEPWM 策略进行改进。
首先,分析了SHEPWM策略用于三电平NPC变换器的工作原理,建立用于求解开关角度的非线性超越方程组,并对其求解。
将SHEPWM策略求解开关角度的非线性方程转化为特定的控制系统,使用查表、积分控制器和解耦控制器来帮助系统收敛到零误差稳态。
引入内部瞬时观测器直接提取输出电压的谐波谱,而不是用FFT算法从输出电压波形中提出谐波频谱,消除传统频谱提取算法产生的相位延迟,可以实现开关角度的准确控制和快速响应。
其次,分析了NPC变换器中点电位不平衡的原因,在SHEPWM策略的基础上研究了两种方案控制直流侧中点电压波动。
方案一推导中点电位偏移时基波分量和3次谐波之间的关系,计算出最优3次谐波含量,在SHEPWM策略的非线性超越方程组加入最优3次谐波幅值方程,抑制中点电压波动;方案二基于变换器输出电流的正负极性和直流侧电容两端的电压引入开关角度的微小变化,不影响输出电压谐波性能的同时,改变零电平开关状态的占空比,从而控制中点电压。
三电平SVPWM光伏并网逆变器的模糊准PR控制方法常国祥;刘鹏华;赵龙龙;王宏岩【期刊名称】《黑龙江科技学院学报》【年(卷),期】2018(028)004【摘要】为了实现LCL型三电平光伏并网逆变器的高效稳定运行,利用模糊准PR 控制方法跟踪控制三电平逆变器的并网电流,逆变器采用基于60°坐标系的简化SVPWM调制算法,通过Boost-TL变换器改变上下电容的充放电时间实现NPC型逆变器的中点平衡控制,在Matlab/Simu-link平台中搭建整个光伏系统的仿真模型.结果表明:模糊准PR控制方法能够应对误差变化实时调节谐振参数,满足系统最优性能要求,增加了系统的鲁棒性和抗干扰能力.并网逆变器波形正弦度高,并网电流谐波含量少.该控制方法能够以高功率因素向电网输电.【总页数】6页(P393-398)【作者】常国祥;刘鹏华;赵龙龙;王宏岩【作者单位】黑龙江科技大学,电气与控制工程学院,哈尔滨150022;黑龙江科技大学,电气与控制工程学院,哈尔滨150022;黑龙江科技大学,电气与控制工程学院,哈尔滨150022;黑龙江科技大学,电气与控制工程学院,哈尔滨150022【正文语种】中文【中图分类】TM464【相关文献】1.一种三电平光伏并网逆变器SVPWM的优化算法 [J], 文家燕;刘胜永;袁海英;邵章平2.基于SVPWM的三相三电平光伏并网逆变器的研究 [J], 张雪;曹勇;胡艳美;邢峰华3.一种三电平光伏并网逆变器SVPWM简化算法 [J], 翟丙旭;蓝海波;刘斌;高沛;宋磊;丁华杰;季震;王鑫泽4.基于准PR控制方法的三相光伏并网逆变器研究 [J], 王晓晓;李田泽;周冠军5.三电平SVPWM光伏并网逆变器的模糊准PR控制方法 [J], 常国祥;刘鹏华;赵龙龙;王宏岩;因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
浅析三相光伏并网逆变器的控制技术作者：胡品来源：《山东工业技术》2015年第13期摘要：作为光伏并网系统的关键组成部分，三相光伏并网逆变器的良好控制对于保证光伏并网系统能量转换的有效性具有重要作用。
本文首先介绍了三相光伏并网逆变器的控制指标，然后具体探讨了三相光伏并网逆变器的控制策略及技术，以期为相关技术与研究人员提供参考。
关键词：三相光伏并网逆变器；控制；技术作为太阳能利用的一种有效方法，太阳能光伏发电是利用太阳能电池将光能转变成电能的发电手段。
太阳能光伏发电可克服原材料、能源资源及应用环境的约束，且能依靠技术进步成为一项重要的可再生能源技术。
在光伏并网发电系统内，光伏并网逆变器主要用于系统的能量转换，其控制策略将直接决定整体光伏并网系统能否良好运行。
因此，加强有关三相光伏并网逆变器的控制研究，对于改善光伏并网系统运行质量具有重要作用。
1 三相光伏并网逆变器控制指标（1）并网电流谐波：若逆变器输出电流包含过多谐波，不但会抑制系统工作效率，且会影响电能质量。
所以，依据有关标准，光伏并网逆变器在设定功率下，电流总谐波畸变率应控制在5%以下，而奇次谐波的畸变率应在4%以下，偶次谐波的畸变率应在2%以下。
（2）额定输出容量：也就是功率等级。
当前光伏逆变器的通用容量一般在几百W到1000kW以上，能够用于不同的应用标准。
（3）逆变器效率：当前大功率的基本效率一般在90%以上，更高功率的效率在大于95%，小功率逆变器的效率也应不小于85%[1]。
（4）功率因数：在光伏逆变器的输出有功高于额定功率的一半时，功率因数应在0.98以上，而当输出有功在额定功率的20%～50%时，功率因素应在0.95以上。
（5）可靠性：在应用时，为有效克服各类异常问题，光伏逆变器应具有完善的自动保护功能，通常为：1）直流过压保护：在直流侧输入电压大于逆变器高限直流电压时，逆变器应避免启动或中止运行，且应输出报警提示，在直流侧电压降低至合理范围后，逆变器应能恢复启动。
三电平 ANPC 变换器 SVPWM 优化控制方法胡存刚;胡军;张云雷;王群京;陈权【摘要】有源中点钳位型拓扑是一种能够克服传统的二极管钳位型和电容钳位型拓扑缺点的新型多电平拓扑。
在对三电平有源中点钳位型变换器工作状态进行分析的基础上，对各开关管通态损耗和开关损耗进行了研究；提出一种空间矢量的优化控制算法，该算法在维持了空间矢量调制方法的直流电压利用率高及有效控制中点电压平衡等优点的同时，有效控制了每相开关管的损耗分布平衡，防止了热量的过分堆积，并且降低了传统有源中点钳位变换器算法复杂度，减少对温度采样电路数量的要求；最后搭建了三电平有源中点钳位型变换器仿真和实验平台对控制策略的有效性进行了验证。
%Three-level active neutral-point-clamped ( ANPC ) topology is a novel multi-level topology , which can overcome the disadvantages of diode clamped topology and capacitor clamped topology .The working state of the three-level ANPC converter was analyzed .The conduction loss and switching loss of devices werestudied .An optimization control strategy using space vector pulse width modulation ( SVP-WM) was proposed to balance loss between different devices in a three-level ANPC converter .The opti-mized strategy can keep the advantage of SVPWM , and balance the neutral-pointpotential .Compared with traditional control strategy , the control strategy can reduce the complexity of the traditional ANPC converter algorithm and reduce the number of temperature sampling circuit .The simulation and experi-mental results are provided to verify the effectiveness of the proposed control strategy .【期刊名称】《电机与控制学报》【年(卷),期】2016(020)006【总页数】10页(P32-41)【关键词】三电平变换器;有源中点钳位;损耗平衡;空间矢量;中点电压平衡【作者】胡存刚;胡军;张云雷;王群京;陈权【作者单位】安徽大学电气工程与自动化学院，安徽合肥230601; 安徽大学工业节电与电能质量控制协同创新中心，安徽合肥230601; 教育部电能质量工程研究中心，安徽合肥230601;安徽大学电气工程与自动化学院，安徽合肥230601;安徽大学工业节电与电能质量控制协同创新中心，安徽合肥230601;安徽大学电气工程与自动化学院，安徽合肥230601; 安徽大学工业节电与电能质量控制协同创新中心，安徽合肥230601; 教育部电能质量工程研究中心，安徽合肥230601;安徽大学电气工程与自动化学院，安徽合肥230601; 安徽大学工业节电与电能质量控制协同创新中心，安徽合肥230601; 教育部电能质量工程研究中心，安徽合肥230601【正文语种】中文【中图分类】TM464由于对器件耐压能力要求较低且输出波形质量好，三电平变换器广泛地使用于高压大容量场合。
全桥三电平dc-dc变换器是一种常用的电力电子变换器拓扑结构，具有高效率、低损耗和较小的电磁干扰等优点，广泛应用于电力系统中。
然而，为了进一步提高其性能，需要采用优化控制策略进行改进。
本文将从多个角度探讨全桥三电平dc-dc变换器优化控制策略的相关内容，以便更深入地理解该主题。
一、全桥三电平dc-dc变换器的基本原理全桥三电平dc-dc变换器是由四个功率开关管组成的桥式拓扑结构，通过变换器实现输入电压到输出电压的变换。
其工作原理主要包括两个部分：开关管的控制以及输出电压的稳定控制。
在控制过程中，需要考虑开关管的导通和关断时序，并通过PWM控制实现对输出电压的精确调节。
为了减小谐波失真，全桥三电平dc-dc变换器通常采用多种调制技术，如基于Space Vector Modulation (SVM)的控制策略。
二、全桥三电平dc-dc变换器的性能优化为了进一步提高全桥三电平dc-dc变换器的性能，需要采用优化控制策略进行改进。
在实际应用中，常见的优化控制策略包括但不限于：1. 最大功率点追踪（MPPT）控制策略在光伏发电系统中，全桥三电平dc-dc变换器通常用于提取最大功率点（Maximum Power Point）的控制。
采用MPPT控制策略可以实现对光伏板输出功率的最大化，提高系统的能量利用率。
2. 功率因数校正（PFC）控制策略在电力因数不良的情况下，全桥三电平dc-dc变换器需要采用PFC控制策略进行功率因数校正，以提高系统功率因数，降低谐波失真，改善电网质量。
3. 多端口全桥三电平dc-dc变换器控制策略对于多端口全桥三电平dc-dc变换器，需要设计相应的多端口控制策略，实现多种能源接口的有效管理和协调工作，满足不同需求下的能量转换和互联。
三、全桥三电平dc-dc变换器优化控制策略的研究进展近年来，随着电力电子技术和控制理论的不断发展，全桥三电平dc-dc变换器优化控制策略方面也取得了一系列研究进展。
光伏逆变器性能优化措施研究一、引言近年来，光伏电站已经成为可再生能源最具代表性的发电形式之一。
然而光伏电站由于受天气和环境影响较大，其输出的直流电需要经过逆变器转换为交流电才能投入应用。
因此，逆变器作为光伏电站中不可缺少的部件之一，对于保障光伏电站的可靠性、经济性和效率至关重要。
尽管国内外逆变器技术发展迅速，但光伏逆变器仍面临一系列性能方面的问题，如温度过高、失真率偏高等问题。
如何提高逆变器的性能？光伏逆变器性能优化措施的研究一直是国内外学术界和产业界关注的热点问题。
本文主要介绍光伏逆变器性能优化措施的研究，阐述一些优化方案和技术措施，以期为光伏逆变器的研究和应用提供一些参考。
二、光伏逆变器性能分析1. 光伏逆变器的工作原理光伏电站输出直流电，通过逆变器将直流电转换为交流电。
逆变器的基本功能是将高压直流电转换为交流电，并调整电流、电压和频率以满足电网的要求。
从直流到交流的转换是通过逆变器中的功率开关，以特定的方式开关来执行的。
光伏逆变器工作时，将光伏电池板输出的直流电源接入到逆变器控制台输入端，逆变器控制解析直流电流的参数并在其输出端口产生可接入到电网的交流电。
2. 光伏逆变器的性能指标光伏逆变器的性能指标通常包括转换效率、输出功率精度、失真率和稳定性等。
高效率、低失真率和高稳定性是光伏逆变器的重要性能指标之一，这些指标影响着光伏电站的总体性能和发电效率。
（1）转换效率光伏逆变器转换效率是指有多少直流电能被逆变器转换为可用的交流电输出。
光伏逆变器的转换效率会受到多种因素影响，如输入电压、温度、负载等等。
在实际使用中，光伏逆变器的转换效率主要由其内部电路参数和负载情况等决定。
（2）输出功率精度输出功率精度是指逆变器所输出的交流电功率与其输入的直流电池板输出功率的精度。
逆变器输出的功率与输入的直流电池板的输出功率不精确会导致功率损失和发电效率降低，因此，逆变器输出功率精度必须得到保证。
（3）失真率失真率是指光伏逆变器输出交流电的畸变程度，一般按照总谐波失真率来评判。
电气工程中的光伏并网逆变器设计与优化随着全球能源需求的增加以及可再生能源的逐渐发展，光伏发电作为一种清洁、可持续的能源形式，受到了广泛关注。
光伏逆变器作为光伏发电系统中的核心部件，起着将太阳能转化为可用电能的关键作用。
本文从光伏逆变器设计与优化的角度出发，探讨了光伏并网逆变器的相关技术和挑战。
1. 光伏逆变器的基本原理及功能光伏逆变器是将光伏电池组的直流电转化为交流电的装置。
它的基本原理是采用电子器件将直流电转化为交流电，并通过电网进行并网发电。
光伏逆变器的主要功能包括最大功率点跟踪、直流到交流的转换、电网连接及安全保护等。
2. 光伏逆变器的设计考虑因素在设计光伏逆变器时需要考虑多个因素，以确保系统的性能和可靠性。
首先，光伏逆变器的效率是一个重要指标，其直接影响到系统的发电效率和经济性。
同时，稳定性和可靠性也是设计中需要考虑的重要因素，包括逆变器的故障保护、灾害恢复、电网稳定性等。
此外，逆变器的尺寸和重量对于安装和运输也是需要考虑的因素。
3. 光伏逆变器的关键技术为了提高光伏逆变器的效率和可靠性，需要采用一系列关键技术进行设计和优化。
其中，最大功率点跟踪技术是光伏逆变器的核心技术之一。
通过跟踪光伏电池组输出功率的最大值，使得逆变器工作在最佳状态，最大限度地提高发电效率。
此外，逆变器的控制策略、滤波技术、保护措施等也对系统性能起着重要影响。
这些技术的应用和优化，对于提高光伏逆变器的效率和稳定性至关重要。
4. 光伏逆变器的优化方法为了进一步提高光伏逆变器的性能，可以采用一些优化方法。
首先，通过优化光伏逆变器的设计结构和拓扑，可以减少能量损耗和热量产生，提高系统的效率和可靠性。
其次，合理选择和配置电子器件和元件，可以减小开关损耗，提高系统的功率密度。
此外，优化控制策略和算法，提高光伏逆变器的响应速度和动态性能，有助于提高系统的稳定性和发电效率。
5. 光伏逆变器的挑战与展望虽然光伏逆变器在能源转换领域有着广阔的应用前景，但仍面临一些挑战。
一种简单的三电平逆变器PWM控制算法
庄朝晖;熊有伦
【期刊名称】《电工技术学报》
【年(卷),期】2001(016)002
【摘要】常用的空间电压矢量三电平逆变器PWM控制算法生成模式多，运算量大[1]。
本文利用一种新的电压矢量调制方法--统一电压调制技术(Unified Voltage Modulati1on Technique，UVMT)[2]，实现一种简易的电压矢量调制。
该算法不仅能够实现空间电压矢量PWM方法，SVPWM，并且能够实现对直流链电容中点电位的实时控制。
本文在详细描述UVMT的基础上，将其应用于三电平逆变器。
仿真结果表明，该方法实现简单，能够实现与空间电压矢量算法完全一致的控制效果，是一种很有前途的算法。
【总页数】5页(P47-50,46)
【作者】庄朝晖;熊有伦
【作者单位】华中理工大学;华中理工大学
【正文语种】中文
【中图分类】TM464
【相关文献】
1.一种改进的三电平逆变器SVPWM控制算法 [J], 黄晓峰;王小鹏;孙春霞
2.一种三电平逆变器空间矢量PWM控制算法的实现 [J], 余明锋;刘志刚;苗春晖
3.一种三电平逆变器SVPWM简易控制算法 [J], 张朝艺;阮毅;刘旭
4.NPC三电平逆变器SVPWM控制算法研究 [J], 武浩;王春宁
5.基于三电平逆变器的SVPWM控制算法研究 [J], 安彬; 黄晓峰; 张炜; 李纪欣因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
三电平逆变器简化SVPWM 控制算法仿真研究摘要：本文在介绍二极管箝位型三电平逆变器工作原理基础上，提出了一种新颖的、易于编程实现的简化三电平SVPWM 控制算法。
同时，针对三电平拓扑结构固有的中点电位波动问题，分析中点电位波动的原因和抑制方法。
基于Matlab/Simulink 平台，仿真结果验证了该控制算法的优越性，输出电压波形接近正弦，中点电位平衡。
关键词：三电平逆变器;SVPWM;中点电位控制目前，随着高压变频调速技术的发展，多电平变换器耐压水平高、通流能力强，主要应用于矿井提升、风力发电、有源电力滤波器等高压大功率领域。
与两电平成熟的拓扑结构相比，多电平变换器拓扑结构难于统一，其中交直交电压型多电平变换器可分为中点箝位型(NPC 型)和单元串联型两大类[1]。
而二极管箝位型三电平拓扑结构，由于所需功率器件少、开关频率低、输出波形阶梯数高、du / dt 小、以及易于实现高性能控制等优势，应用最为广泛。
本文在介绍二极管箝位型三电平逆变器工作原理基础上，提出一种新颖的电压空间矢量PWM 控制算法。
该算法运用熟悉的两电平SVPWM 实现流程，易于数字化实现。
同时，针对三电平逆变器直流侧中点电位波动问题，通过改变正、负小矢量作用时间，实现直流侧中点电位平衡控制。
三电平逆变器工作原理图 1 为二极管箝位型三电平逆变器拓扑结构。
直流侧由两个滤波电容( 1 2 C、C )构成，逆变侧每相桥臂由四个功率开关器件( 1 4 ~ x x S S )、四个续流二极管以及两个箝位二极管(Dx1 ~ Dx2)构成，其中开关对x1 x3 S 、S 和x2 x4S 、S 的开关状态互补(x = a、b、c)。
三电平逆变器每相桥臂可以输出0 d d +E 、、? E 三种电压，用1、0、?1标识这三种电压输出时的开关状态。
三相桥臂经组合后，共有27 种开关状态。
传统的三电平 SVPWM 控制，往往将一个扇区划分为四个小三角形区域，进而根据参考电压矢量所在区域，计算有效矢量作用时间。
三电平光伏并网逆变器 SHEPWM 优化控制方法胡存刚;胡军;马大俊;王群京;罗方林【摘要】提高输出电能质量、抑制共模电压和减小电磁干扰对提高光伏并网逆变器的性能具有重要研究意义。
以三电平有源中点钳位型（3L-ANPC）光伏并网逆变器为研究对象，将特定谐波消除脉宽调制（ SHEPWM ）的三相输出波形视为空间状态矢量，分析SHEPWM对应的各开关状态矢量产生的共模电压幅值及其对中点电压的影响，从而提出一种改进的SHEPWM控制策略，在降低并网逆变器输出共模电压的同时，有效地控制了3 L-ANPC光伏并网逆变器的中点电压平衡。
最后通过仿真和实验验证了控制策略的有效性。
%It is important to improve output power quality , suppress common-mode voltage ( CMV ) and reduce electromagnetic interference for photovoltaic grid-connected inverter .An improved selective har-monics elimination pulse width modulation ( SHEPWM) for three-level active neutral point clamped (3L-ANPC) was proposed .In this strategy , the three-phase waveforms of SHEPWM was regarded as the space state vectors.The three-phase states of SHEPWM have different effects on the CMV and the neutral-point potential ( NP) .In the condition of keeping the NP balancing , the CMV of 3L-ANPC inverter is effec-tively reduced .The simulation and experimental results are provided to verify the effectiveness of the pro-posed control strategy .【期刊名称】《电机与控制学报》【年(卷),期】2016(020)007【总页数】8页(P74-81)【关键词】光伏并网逆变器;有源中点钳位;特定谐波消除;共模电压;中点电压【作者】胡存刚;胡军;马大俊;王群京;罗方林【作者单位】安徽大学电气工程与自动化学院，安徽合肥230601; 安徽大学工业节电与电能质量控制协同创新中心，安徽合肥230601; 安徽大学教育部电能质量工程研究中心，安徽合肥230601;安徽大学电气工程与自动化学院，安徽合肥230601;安徽大学电气工程与自动化学院，安徽合肥230601;安徽大学电气工程与自动化学院，安徽合肥230601; 安徽大学工业节电与电能质量控制协同创新中心，安徽合肥230601; 安徽大学教育部电能质量工程研究中心，安徽合肥230601;安徽大学电气工程与自动化学院，安徽合肥230601; 南洋理工大学电气电子工程学院，新加坡639798【正文语种】中文【中图分类】TM464;TM615光伏并网逆变器是将光伏阵列输出的直流电转化成符合电网要求的交流电并输入电网的设备，是光伏并网发电系统能量转换和控制的核心。
随着光伏技术的不断发展，对逆变器的容量、效率和输出电能质量的要求也越来越高。
多电平拓扑具有耐压等级高、输出电压更接近正弦波、谐波含量小等优点，应用于光伏并网逆变器能提高系统的容量和效率，因此得到广泛的关注[1]。
相比传统二极管中点钳位型(neutral point clamed，NPC)多电平拓扑，新型的有源中点钳位型(active NPC，ANPC)拓扑使用可控的开关器件代替钳位二极管，在不影响输出电压波形的前提下，通过选择不同的电流回路实现开关器件的损耗平衡[2]，因此可以提高系统的可靠性和使用寿命。
在并网逆变系统中，逆变器的寄生电容会与逆变器输出滤波元件以及电网阻抗组成共模谐振电路，逆变器的功率开关动作时会引起寄生电容上的电压即共模电压的变化，变化的共模电压会激励谐振电路产生共模电流，从而增加系统的传导损耗，降低电磁兼容性并产生安全问题，而且对地共模电流太大还会造成交流滤波器的饱和，降低滤波效果[3-6]。
为保证安全，VDE0126-1-1标准对并网系统的共模电流做出了严格规定。
为抑制并网逆变器的共模电流，应尽量使共模电压变化小。
同时研究表明，在ANPC并网逆变器中一些开关状态会使电流流过中点，从而引起中点电压的波动[7]，这种电压波动会引起并网逆变器输出电流畸变，加之并网电流的时变性，如果不采取适当的控制措施，直流电容电压会有很大的波动，严重时导致输出波形严重畸变，输出谐波显著增加达不到并网要求。
特定谐波消除脉宽调制(selected harmonic elimination pulse width modulation, SHEPWM)方法通过开关时刻的优化选择，消除特定的低次谐波，具有在同样开关频率的条件下，波形质量和综合控制性能最优；而在同样波形质量的情况下，具有开关频率最低、开关损耗最小和直流电压利用率高等优点。
在对波形质量和效率要求较高的场合，具有明显优势[8-10]。
目前对SHEPWM的研究，较多的是针对SHEPWM非线性超越方程组的求解，其求解方法主要分为数值方法[11]和优化算法[12-13]。
现有文献中基于SHEPWM抑制共模电压的方法是改变传统的SHEPWM方程组的形式，但改变后SHEPWM方程组的求解结果是要么无解，要么收敛到唯一的解[3]，控制策略不够灵活。
论文以3L-ANPC光伏并网逆变器为研究对象，首先研究了SHEPWM与空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM) 的联系，提出将SHEPWM三相输出视为与SVPWM一致的空间矢量集，分析对应的各空间矢量产生的共模电压最大幅值及对中点电压的影响。
提出在不改变传统SHEPWM方程组的基础上，每个周期开始时动态选择SHEPWM的发波方式，有效地控制中点电压的平衡，并且每个周期内动态变换SHEPWM的开关状态，从而有效地降低逆变器输出共模电压幅值，并通过仿真和实验对提出的控制策略进行了验证。
3L-ANPC光伏并网逆变系统结构如图1所示。
由光伏组件、ANPC逆变器、滤波器和电网组成。
3L-ANPC逆变器每相桥臂由6个开关器件Sx1，Sx2，Sx3，Sx4，Sx5，Sx6(其中x表示a,b,c三相)组成，各开关器件分别反并联一个续流二极管。
设直流电压为Udc时，每相桥臂可以输出Udc/2,0,-Udc/2三种电平，分别用p、o、n表示。
o状态时，与NPC拓扑相比，电流流出与电流流入时对应的状态各增加一条电流通路。
o状态时电流的路径可以通过开关管的开通与关断控制，电流可以通过上桥臂的Sx2，Sx5流入或流出，也可以通过下桥臂的Sx3，Sx6流入或流出，这种o电平的冗余状态的加入为损耗在各个开关管之间的平衡提供了可能。
因此，3L-ANPC逆变器每相有6种开关状态，如表1所示。
2.1 SHEPWM三相输出矢量化SHEPWM是通过开关时刻的优化选择，恰当的控制逆变器脉宽调制电压波形，使逆变器输出的电压中不存在某些特定次数的谐波。
常见的三电平SHEPWM的相电压波形如图2所示，波形满足奇对称和对称。
采用傅里叶级数可以得到SHEPWM波形对应的非线性方程组，在此就不再赘述。
在SHEPWM调制方法下，每一时刻SHEPWM三相都有对应的输出状态，为了方便论述，取调制度m=1时消除5、7、11和13次谐波的一组三电平SHEPWM解集为例进行研究，其对应的开关角度为：α1=14°,α2=63°,α3=67°,α4=83°(注：为了论述简单舍去了小数点后面的数据)，该解集下三相SHEPWM波形如图3所示。
图3所示的SHEPWM三相输出状态及其对应的作用区间如表2所示。
例如图3中第一个阴影区域(e)所示，63°～67°对应的开关状态为ono；第二个阴影区域(f)所示，83°～97°对应的开关状态为onn。
将表2中所有SHEPWM三相输出状态对应的空间矢量图如图4所示，该解集下SHEPWM三相输出状态一共有25个空间矢量，包括6个大矢量、6个中矢量和12个成对的正负小矢量以及1个零矢量。
包括所有的大矢量、中矢量、小矢量以及零矢量ooo，(由于SHEPWM波形的特性，不存在零矢量ppp和nnn)。
通过研究，其它调制度或消除更多谐波的SHEPWM方程的解对应的三相输出也满足上述对应关系。
因此可以采用SVPWM的思路来研究SHEPWM的控制策略。
2.2 SHEPWM控制策略的改进2.2.1 抑制共模电压SHEPWM原理根据上述分析，得到SHEPWM三相输出状态与空间矢量的对应关系，因此SHEPWM共模电压的抑制可以参考SVPWM方法进行研究[14]。
对于光伏并网逆变器而言，逆变器三相输出相电压的算术平均值为逆变器输出共模电压[8]。
因此共模电压UCMV大小可表示为三电平所有空间矢量对应的共模电压幅值如表3所示，其中I型小矢量onn，ppo，non，opp，nno，pop和零矢量ppp，nnn这8种开关状态产生的共模电压幅值较大，而大矢量、中矢量和II型小矢量以及零矢量ooo这19种开关状态产生的共模电压较小。
如果选择这19种开关状态去合成参考矢量，即选择3个开关状态之和的绝对值小于或等于1的矢量状态(设p=1,o=0,n=-1)，理论上共模电压幅值绝对值将被限制在小于或等于Udc/6的范围内。
传统SHEPWM方法消除6i±1(i为正整数)次谐波，即 5、7、11 、13……等次谐波，这种方式应用非常普遍，但这种方式三相输出矢量中包含产生共模电压幅值比较大的空间矢量，如表2中SHEPWM三相输出包括pop，onn，ppo，non，opp，nno，因此传统SHEPWM产生的共模电压幅值绝对值将达到Udc/3。
因此需要改进SHEPWM控制策略，降低逆变器输出共模电压幅值，从源头上抑制共模电压。
如果SHEPWM三相输出中不含有onn，ppo，non，opp，nno，pop，ppp，nnn这8种开关状态，则可以降低逆变器输出共模电压最大幅值。
