NPC三電平逆變器電容電壓平衡與開關(guān)頻率優(yōu)化策略.pdf

1、NPC三電平逆變器具有開關(guān)頻率低、輸出電壓諧波含量少、功率開關(guān)管上電壓應(yīng)力低等優(yōu)點，成為目前中高壓交流領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的多電平變換器。然而，由于NPC三電平逆變器直流側(cè)使用兩電容進(jìn)行分壓，工作中易產(chǎn)生電容電壓不平衡的問題，進(jìn)而影響逆變系統(tǒng)的穩(wěn)定運行及輸出性能。牽引逆變器是牽引機(jī)車交-直-交變流系統(tǒng)的重要組成部分，隨著大功率、高速度運輸工具的發(fā)展需要，傳統(tǒng)的兩電平系統(tǒng)漸漸不能滿足要求，多電平逆變器成為研究的熱點問題。牽引系統(tǒng)在低速運行時，一

2、般采用異步空間矢量調(diào)制策略，同時要求開關(guān)頻率低于1kHz，這使得需要較高開關(guān)頻率以達(dá)到完全控制電容電壓平衡的調(diào)制策略不再適用。在這種情況下，只能盡量削弱電容電壓的不平衡狀態(tài)。
　　針對這一問題，本文根據(jù)中點電流能否控制為零，將控制區(qū)域分為可控區(qū)域和不可控區(qū)域，在可控區(qū)域?qū)⒅悬c電流控制為零，在不可控區(qū)域?qū)⒅悬c電流的絕對值控制為最小。在此基礎(chǔ)上，對于需要同時使用兩個小矢量的可控區(qū)域，由于根據(jù)小矢量控制中點電流的能力大小舍棄了一個冗余開

3、關(guān)狀態(tài)，使得在這些可控區(qū)域中點電流也并不能完全控制為零，此時若采用控制中點電流為零的策略可能會增大電容電壓的不平衡。為此，本文通過判斷小矢量占空比分配因子是否在其取值范圍內(nèi)，對控制區(qū)域進(jìn)行修正。將占空比分配因子不在其取值范圍內(nèi)，即對中點電流實際并不能控制為零的可控區(qū)域?qū)嵤┲悬c電流絕對值最小控制，以達(dá)到盡量減小電容電壓不平衡的目的。同時在不同區(qū)域選用不同調(diào)制策略時，為滿足降低開關(guān)頻率的要求，將不同開關(guān)序列切換時的開關(guān)次數(shù)降到最少，并對開關(guān)

4、次數(shù)較多的開關(guān)序列進(jìn)行優(yōu)化。
　　本文首先對3種傳統(tǒng)空間矢量調(diào)制策略進(jìn)行分析，利用Matlab/Simulink仿真平臺對其電容電壓平衡控制效果及產(chǎn)生的開關(guān)頻率進(jìn)行對比，進(jìn)而提出了最小中點電流調(diào)制策略，并給出了進(jìn)一步優(yōu)化開關(guān)頻率的方法。最后，針對傳統(tǒng)調(diào)制策略及本文提出的最小中點電流調(diào)制策略進(jìn)行了對比實驗驗證，結(jié)果證明了所提出的調(diào)制策略能夠更加有效地控制電容電壓平衡和降低開關(guān)頻率，同時可以輸出波形質(zhì)量較高的電流和電壓，且在不同調(diào)制度