基于零序电压注入的三电平中点电位平衡控制

基于简化SVPWM的Z源三电平逆变器中点电位控制方法

王伟胜;陈阿莲;柴锦;邢相洋;张承慧

【摘 要】针对Z源中点钳位型(NPC)三电平逆变器存在中点电位不平衡问题,在分析中点电位平衡控制机理的基础上,基于简化的三电平空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术,提出一种有利于直通信号注入的中点平衡控制方法.该算法通过推导直通占空比、调制比以及平衡因子之间的关系,得到平衡因子的最优解,并实现Z源网络的恒压输出.所提中点平衡控制方法有效抑制了 Z 源 NPC 三电平逆变器的中点电位波动,易于实现 Z 源网络的升压控制,且控制算法简单.仿真及实验结果验证了该方法的有效性.%A neutral-point balancing method for Z source neutral point

clamped (NPC) three-level inverter, based on simplified three-level space

vector pulse width modulation (SVPWM), is proposed in this paper by

analyzing the neutral-point balancing principle, which facilitates the

injection of shoot through signals. The proposed method figures out the

optimal solution of the balancing index, and realizes the constant voltage

control of Z source output by deriving the relationship of the shoot-through ratio, modulation index and balancing index. It suppresses the

８　＜电气开关》（２００８．Ｎｏ．４）　文章编号：１００４—２８９Ｘ（２００８）０４—０００８—０４　三电平逆变器中点电位平衡的研究概述　黄华　（华东交通大学电气与电子工程学院，江西　南昌　３３００１３）　摘要：论述了中点钳位型三电平逆变器中点电位波动的成因及危害，分析概括了目前主要的中点电位平衡控制　策略，并重点叙述了一种简单的基于三相正弦脉宽调制（ＳＰＷＭ）控制策略的中点电位的控制方法。经过综合分　析，合理采用各种控制方法，可以得到满意的效果。　关键词：三电平逆变器；中点钳位；中点电位波动；中点电位平衡控制　中图分类号：ＴＭ４６　文献标识码：Ｂ　Ｓｕｍｍａｒｙ　ｏｆ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｎｅｕｔｒａｌ　Ｐｏｉｎｔ　Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　Ｂａｌａｎｃｅ　ｏｆ　Ｔｈｒｅｅ—－ｌｅｖｅｌ　Ｉｎｖｅｒｔｅｒ　ＨＵＡＮＧ　Ｈｕａ　（Ｅａｓｔ　Ｃｈｉｎａ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ，Ｊｉａｎｇｘｉ　３３００１３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ　ｃａｕｓｅ　ｏｆ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｈａｒｍ　ｏｆ　ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｎｅｕｔｒａｌ—ｐｏｉｎｔ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｏｆ　ｎｅｕｔｒａｌ—ｐｏｉｎｔ　ｃｌａｍｐｅｄ　ｔｈｒｅｅ—ｌｅｖｅｌ　ｉｎｖｅｒｔｅｒ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｐｒｉｍａｒｙ　ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ　ｏｆ　ｎｅｕｔｒａｌ—ｐｏｉｎｔ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｂａｌａｎｃｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｈａｖｅ　ａｌｓｏ　ｂｅｅｎ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ａｎｄ　ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ．Ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ，ａ　ｓｉｍｐｌｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｎｅｕｔｒａｌ—ｐｏｉｎｔ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅ　ｓｉｎｅ　ＰＷＭ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　ｉｓ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｅｍｐｈａｓｉｚｅｄ．Ａｆｔｅｒ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ａｄｏｐｔｉｎｇ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｏｎ—　ｔｒｏｌ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｐｒｏｐｅｒｌｙ　ｃｏｕｌｄ　ｒｅｃｅｉｖｅ　ｓａｔｉｓｆａｃｔｏｒｙ　ｅｆｆｅｃｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｈｒｅｅ—ｌｅｖｅｌ　ｉｎｖｅｒｔｅｒ；ｎｅｕｔｒａｌ—ｐｏｉｎｔ　ｃｌａｍｐｅｄ；ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｎｅｕｔｒａｌ・ｐｏｉｎｔ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ；ｎｅｕｔｒａｌ—ｐｏｉｎｔ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｂａｌ—　ａｎｃｉｎｇ　ｅｏｎｔｒｏ１　１　引言　中点箝位型三电平逆变器这种拓扑结构，由于每　一个功率开关管上承受的电压仅为直流侧电压的一　半，有利于提高装置的电压等级。同时，由于相电压有　三种电平状态，比传统的二电平逆变器多了一个电平，　三电平可以输出阶梯波，在同样的开关频率及控制方　式下，三电平逆变器输出电压和电流谐波显著小于二　电平逆变器。因此，三电平逆变器在中高压变频调速、　有源电力滤波器和电力系统无功补偿等领域有着广阔　的应用前景¨工ｊ。　本文论述了二极管钳位型三电平逆变器中点波动　的成因和危害，重点分析了目前三电平逆变器中点波　动的控制策略，主要有基于ＳＶＰＷＭ的控制和基于　ＳＰＷＭ的控制，并对每种控制分析概括了其优、缺点，　为实际应用提供了一点参考。　２　中点电位波动的成因　中点箝位型三电平逆变器采用两个电容串联来产　生三个电平，而实际上，由于开关器件本身特性的不一　致和变换器能量转换时中点电位参与能量的传输，加　之电容值不可能到无穷大，三电平逆变器的直流侧两　个电容的电压并不能完全相等，而是存在一定的波动，　因此会产生两个电容电压分压不均的问题，即中点平　衡问题口　ｊ。　下面从本质上来分析二极管钳位型三电平逆变器　中点不平衡的成因，电路拓扑图如图ｌ所示。　中点电位的不平衡是由于直流侧电容Ｃ。、ｃ２分压　不均造成的，而电容电压的改变是通过流人或流出中　点Ｎ的电流大小来实现的。具体以Ａ相为例，图中ｉ　表示从Ａ相流出的负载电流。用　、　表示　、Ｃ２　两个电容上的电压。表１是逆变器在ｌ，０，一１三个模　态时，　、　的变化趋势。

t型三电平逆变器中点平衡电路

T型三电平逆变器由两个半桥逆变器组成，每个半桥逆变器由两个开关管和两个电容组成。其中一个半桥逆变器的电容连接在直流电源的正极，另一个半桥逆变器的电容连接在直流电源的负极。逆变器的交流输出由两个半桥逆变器的输出端连接而成。中点平衡电路则位于两个半桥逆变器的电容之间，其作用是平衡两个电容的电压，从而确保逆变器的正常工作。

中点平衡电路通常由电阻、电容和开关管组成。当两个半桥逆变器的开关管切换时，电容上的电压会发生变化。中点平衡电路通过控制开关管的导通和截止，将电容上的电压保持在一个合适的范围内，避免电容电压过高或过低导致逆变器的故障。

在T型三电平逆变器中，中点平衡电路的设计和控制至关重要。合理选择电阻和电容的数值，能够有效平衡电容电压，提高逆变器的性能和稳定性。同时，中点平衡电路的控制策略也需要考虑逆变器的工作条件和负载要求。例如，在逆变器输出电压需要调节的情况下，中点平衡电路需要相应地调整电容电压，以实现输出电压的精确控制。

T型三电平逆变器中点平衡电路的应用十分广泛。它可以用于工业领域中的电力变换和变频调速系统中。逆变器将直流电源转换为交流电源，使得电动机等交流负载能够得到驱动。中点平衡电路的存在确保了逆变器的正常工作，提高了系统的可靠性和稳定性。此外，中点平衡电路还可以减小逆变器的谐波失真，提高电能的质量，降低对电网的干扰。

T型三电平逆变器中点平衡电路是该逆变器中的重要组成部分，它通过平衡电容电压，确保逆变器的正常工作。中点平衡电路的设计和控制对于逆变器的性能和稳定性至关重要。该电路在电力转换和变频调速系统中有着广泛的应用。通过对中点平衡电路的研究和优化，我们可以进一步提高逆变器的效率和可靠性，推动电力电子技术的发展。

一种三电平能馈装置的中点电位平衡控制方法

三电平能馈装置是一种在高压大电流场合下采用的电力电子装置。为了保证三电平能馈装置正常运行，需要对中点电位进行平衡控制，以下是一种中点电位平衡控制方法：

1. 建立中点电位检测回路，采用电压传感器检测中点电位，并将检测结果反馈到控制器。

2. 控制器根据中点电位检测结果，通过控制器的输出控制半桥电压输出，使得中点电位平衡。

3. 控制器采用PID算法来实现中点电位平衡控制。具体来说，控制器根据检测的中点电位值计算出偏差，然后通过调节控制半桥电压输出，使实际中点电位等于期望中点电位。

4. 通过实时监测中点电位的动态变化情况，对控制器进行调整，以提高中点电位平衡的效果。

总之，中点电位平衡控制方法需要建立一个中点电位检测回路，并采用控制器进行闭环控制。通过有效调节半桥电压输出，以达到中点电位的平衡。