三电平NPC变流器SVPWM算法研究

摘 要：多电平变流器是目前电力电子技术研究的焦点之一，相对于传统两电平变流器优点明显，但其常用的空间电压矢量控制算法（SVPWM）也更加复杂。文章阐述了三电平SVPWM算法的基本原理以及

1 概述

随着新能源的不断发展，尤其是风电技术等新能源电力技术的发展，变流器在电力系统中的重要性也越来越高。而相对于传统两电平变流器，三电平变流器具有明显的优点，如主开关器件承受的电压和du/dt减小一半，输出电压谐波小等优点，具有广阔的前景和应用价值[1]。

空间矢量脉宽调制[1][2]具有输出电流谐波少、转矩脉动小、直流利用率高等优点，是三电平变流器控制的首选方案。相对传统算法，文章阐述了一种相对简单的方式来得到所需的作用时间，只需一个大区域的18个作用时间即可得到所需的所有作用时间，另外以60度坐标系来判断扇区简化计算，使算法变得简单。

2 SVPWM算法

三电平SVPWM算法根据参考电压矢量由几个基本矢量合成的原则来进行三电平变流器的控制，根据所需量的先后顺序，可以分为区域判断、作用时间计算以及作用时间分配三个部分。

2.1 参考矢量所在区域判断

与传统算法类似，我们将基本空间矢量区域划分为6个大扇区、24个小区域。但与传统算法不同，这里采用60度g-h坐标系来划分区域，简化计算。

以公式（1）转换到60度g-h坐标系后，以下列规则判断大扇区：N=1时，Vg>0且Vh>0；N=2时，Vg0且Vg+Vh>0；N=3时，Vg0且Vg+Vh

2.2 作用时间计算

判断完参考矢量在具体某一个区域之后，我们就可以根据伏秒平衡原理预先计算各个基本矢量所需的时间。首先需要找到合成参考矢量所需的三个基本矢量V1、V2、V3，然后根据下面进行计算：

V1T1+V2T2+V3T3=VrefTs （2）

T1+T2+T3=Ts （3）

类似地可以得到参考电压矢量在其他区域时的各基本矢量的作用时间，需要将各个区域所有基本矢量作用时间都计算出来，方便在使用时直接提取数据。

但对于各矢量作用时间计算模块来说，我们摒弃了将每一个区域的各个矢量作用时间都计算出来的繁琐且需大存储的方法，而采用如图1所示的方法，以小区域为基本单位，以调换小区域内三个电压矢量作用时间次序的方式，就可以以一个大区域18个矢量作用时间实现其余五个大区域的所有矢量作用时间。文章选用区域I的18个作用时间作为基准时间，采用MATLAB仿真模型各个大区域之间作用时间逻辑关系，如图1所示。其中Tabc表示区域I各小区域的三个矢量作用时间Ta、Tb、Tc，N则表示大区域号，n表示小区域号。

3 仿真及波形分析

前面分析了三电平SVPWM算法的原理，接下来将按照上述原理在MATLAB/simulink中对所述算法进行仿真分析，并对相关波形进行分析。其中，输入为311V，频率50Hz的三相交流电压，前端直流输入为600V，两个电容为4700uF，三相负载每相都是电阻12Ω，电感0.02mH，仿真采样周期为TS=62.5-6S。仿真结果如图2。

从以上仿真结果图可以看出，相对于传统两电平逆变器，三电平逆变器输出电压电平数更多，相电压三电平，线电压五电平，更为接近正弦，因而在相同开关频率的情况下，输出电压谐波大大减少。图2（b）是输出相电压滤波后的波形，对比输入三相交流电压，可知结果比较理想。

4 结束语

文章介绍了三电平变流器的基本结构，并阐述了三电平空间电压矢量控制算法基本原理，并对一些复杂环节的简易算法加以阐述。最后在MATLAB/Simulink中对所述算法建立模型，进行仿真计算并分析结果。可以看出，三电平SVPWM算法结构简单易懂，不用经过太过复杂的计算，同时具有和传统两电平算法一样的准确性，并在某些方面更具优势，运用前景广阔。

参考文献

[1]苑春明.三电平变换器SVPWM关键技术研究[D].合肥工业大学，2008.

[2]李启明.三电平SVPWM算法研究及仿真[D].合肥工业大学，2008.

[3]于月森，姜小艳，符晓，等.三电平变换器SVPWM算法综述[J].变频器世界，2009，9：35-40.

[4]桂红云.三电平变换器控制策略的研究[D].浙江大学，2005.

[5]周京华，贾斌，章小卫，等.混合式三电平中点电位平衡控制策略[J].中国电机工程学报，2013，24：82-89+13.

作者简介：李兴（1991-），男，硕士研究生，主要研究方向为三电平NPC整流器中点电位平衡控制策略。