一種通用的H橋級聯多電平逆變器SVPWM控制

摘要：H橋級聯多電平逆變器調速系統中，電壓矢量數目過多，存在計算困難及電壓矢量優化選擇的問題。對多電平系統電壓矢量的特點和規律進行深入分析，提出了一種簡單、通用的電壓空間矢量脈寬調制(SVPWM)控制算法。該算法可減小諧波畸變，降低開關頻率，能很容易地確定參考電壓矢量位置和各矢量作用時間，且占用存儲空間小，無需查表。最后，通過13電平H橋級聯型逆變器驅動系統的實驗，驗證了該方法的有效性。
關鍵詞：逆變器；多電平；電壓空間矢量

1 引言
多電平逆變器波形質量高，開關損耗低，是近年來研究的熱點。隨著電壓水平的提高，逆變器輸出電壓的諧波含量降低，并能最終得到理想的正弦波，因此，多電平逆變器常用在高壓大功率裝置中。SVPWM能提供最優開關類型，且適用于數字裝置，在所有多電平逆變器算法中最具前景，但由于空間矢量和冗余開關狀態的數量非常大，3電平以上的SVPWM非常復雜。
針對多電平逆變器控制的復雜性，文獻提出了各自的空間矢量算法，但均存在缺陷。在此提出一種通用的空間矢量算法，該算法簡單有效，易于實施，參考電壓矢量位置和空間矢量作用時間易于計算；對于特定參考電壓很容易確定所有冗余開關狀態；為了獲得最小諧波畸變率，開關類型的選擇非常重要，該算法能自動產生開關類型，無需查表，降低了存儲空間。該算法可用于任何高電平級聯型H橋逆變器。

2 級聯型H橋逆變器
通常，典型2N+1電平逆變器需要N個H橋，每個H橋有一個獨立的直流電源U，其相電壓為NU，(N-1)U，…，-(N-1)U，-NU，其相應的電壓空間矢量圖可劃分成6個三角扇區，這里僅分析第1扇區，因為其他扇區的矢量可用旋轉(π／3)k(k=1，2，…，6)角度的方法變換到第1扇區。通常2N+1電平的逆變器在圖1所示的第1扇區中，參考矢量Uref沿m軸，n軸的分量分別為：

式中：θ為Uref的旋轉角度。