三電平逆變器中點電壓平衡的電壓空間矢量控制原理及算法

3 中點電壓平衡空間電壓矢量控制原理及算法

定義三電平逆變器合成空間參考電壓矢量如下：

VREF=(Va＋Vb·ej2π/3＋Vc·ej4π/3)=m·（1）

式中：Va、Vb和Vc為輸出三相電壓；

Vpn=為合成電壓模值；

m為系數(shù)，是SVPWM的調(diào)制度，它表示輸出相電壓實際的電壓幅值Vm蠐胱畬罌贍芎銑上嗟繆狗值之間的比值，即m=≤1。

因為三相三電平的對稱性，本文只考慮0θπ/3的情況。在每一實時采樣中，任一參考電壓可以由與它相鄰的三個電壓矢量來合成。根據(jù)參考電壓合成區(qū)域的不同，可以將0θπ/3內(nèi)分為四個不同的三角形區(qū)域來討論中點電壓平衡問題。如圖3所示，首先考慮外部小三角形參考電壓的合成。對于圖3的陰影部分的參考電壓合成表達式如下：

VREF=DsoVso＋DMVM＋DLVL（2）

式中：Dso為短矢量的占空比，Dso=tso/Ts；

DM為中矢量的占空比，DM=tM/Ts；

DL為長矢量的占空比，DL=tL/Ts。

圖3 外部小三角形區(qū)域電壓合成

根據(jù)平行四邊形法則可知：

（3）

由式（3）可得：

(4)

在外部小三角形區(qū)域，有兩個因素決定了中線電流。一個為不能調(diào)節(jié)的中矢量，另一個為可調(diào)節(jié)的短矢量。其中在Dso期間，可以通過正（onn）和負（poo）短矢量來調(diào)節(jié)中線電流。所以，短矢量Vso(onn)的占空比可以表示為(1＋mso)Dso/2；而短矢量Vso(poo)的占空比可以表示為(1－mso)Dso/2。其中mso正或負短矢量的調(diào)制度mso∈[－1，1]。因此中線電流可以用下式表示：

iNP=DM·ib＋mso·Dso·ia（5）

從式（5）看到，調(diào)節(jié)mso可以控制中線電流的大小和方向，從而控制了中點電壓的平衡。但是中線電流還受到負載電流及占空比的影響，它們將制約中點電壓的平衡。

在如圖4的中部小三角形參考電壓的合成中,中點電壓可由兩個不同方向的短矢量調(diào)制平衡。它的參考合成矢量可以表示為：

（6）

同時：

（7）