基于雙調(diào)制波載波PWM策略的中點電位平衡問題研究.pdf

1、中點電位平衡問題是三電平中點箝位（Neutral-point-clamped，NPC）逆變器的固有問題，也是限制三電平 NPC逆變器廣泛應(yīng)用的瓶頸。中點電位不平衡會導(dǎo)致部分開關(guān)器件承受的關(guān)斷電壓增大，造成器件過壓，還會增大逆變輸出的交流諧波。傳統(tǒng)載波PWM（Pulse width modulation，PWM）每相只有一個調(diào)制波，普遍采用零序電壓注入的方法來進行中點電位平衡控制，但在部分調(diào)制度和功率因數(shù)下存在無法完全消除中點電位低頻波動

2、的問題?；诳臻g矢量PWM（Space vector PWM，SVPWM）的中點電位平衡方法也存在或者在部分條件下無法完全消除中點電位低頻波動或者無法克服中點電位直流不平衡或者開關(guān)頻率偏高等問題。另外，中點電位平衡控制往往與某些特殊PWM在開關(guān)序列上相沖突，導(dǎo)致這些PWM無法在三電平NPC逆變器中應(yīng)用，或無法達到預(yù)定性能。
　　本文從雙調(diào)制波和協(xié)調(diào)控制的角度深入研究了三電平 NPC逆變器的中點電位平衡問題，提出了雙調(diào)制波載波PWM

3、方法、雙組雙調(diào)制波載波PWM方法和中點電位平衡協(xié)調(diào)控制方法，解決了所有調(diào)制度和功率因數(shù)下的中點電位直流不平衡和中點電位低頻波動問題，以及開關(guān)序列相沖突的問題。
　　首先分析了三電平NPC逆變器的基本工作原理，建立了三電平NPC逆變器平均中點電流的數(shù)學(xué)模型。利用該模型分析了傳統(tǒng)單調(diào)制波載波PWM在部分條件下無法完全消除中點電位低頻波動的本質(zhì)原因，提出了完全消除中點電位低頻波動的充分條件。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)電壓等效原則和中點平衡原則，提

4、出了一種雙調(diào)制波載波PWM方法，通過把每相的給定參考電壓分解成正負兩個調(diào)制波來進行調(diào)制，增加了“0”狀態(tài)占空比分配的自由度，實現(xiàn)了在所有調(diào)制度和功率因數(shù)下完全消除中點電位直流不平衡和中點電位低頻波動，解決了傳統(tǒng)單調(diào)制波載波PWM在部分條件下無法克服的中點電位低頻波動問題。
　　在雙調(diào)制波載波PWM的基礎(chǔ)上，進一步對雙調(diào)制波的波形與開關(guān)頻率的關(guān)系進行了研究，提出了一種降低了開關(guān)頻率的雙調(diào)制波載波PWM——雙組雙調(diào)制波載波PWM。雙組

5、雙調(diào)制波載波 PWM通過在雙調(diào)制波載波 PWM的調(diào)制波中注入零序電壓來降低調(diào)制波調(diào)制產(chǎn)生的開關(guān)頻率，并由此建立兩組平均中點電流大小相等方向相反的雙調(diào)制波，然后根據(jù)中點電位的情況進行切換調(diào)制。雙組雙調(diào)制波載波PWM不僅能完全消除中點電位直流不平衡和中點電位低頻波動，與雙調(diào)制波載波PWM相比，在相同載波頻率下，還有效降低了開關(guān)頻率。
　　為解決中點電位平衡控制與某些特殊PWM開關(guān)序列相沖突的問題，針對背靠背式三電平 NPC逆變器，提出

6、了中點電位平衡協(xié)調(diào)控制方法，通過在整流或逆變某一側(cè)協(xié)調(diào)控制整個逆變器的中點電位，而另一側(cè)實施對開關(guān)序列有特殊要求的PWM方法來解決開關(guān)序列沖突的問題。以中點電位平衡控制與諧波最優(yōu)SVPWM開關(guān)序列沖突的問題為例，對基于雙組雙調(diào)制波載波PWM和SVPWM的4種中點電位平衡協(xié)調(diào)控制方法進行了研究，給出了相應(yīng)的協(xié)調(diào)控制算法和中點電位低頻波動可被完全消除的區(qū)域，為背靠背式三電平 NPC逆變器的控制策略和PWM選擇提供了理論指導(dǎo)。
　　最后