基于載波調制的三電平整流器控制

摘要：在研究多電平空間矢量脈寬調制(SVPWM)算法的基礎上提出了一種與SVPWM算法等效的三電平載波調制(TCPWM)算法，并給出了統一的零序分量表達式。與SVPWM相比，該算法不僅在輸出畸變率、直流電壓利用率等指標上與SVPWM算法完全相同，且具有運算時間短、算法簡單、易于實現等特點。最后將TCPWM算法運用在三電平整流器中，實驗結果驗證了TCPWM算法的可行性。

關鍵詞：整流器；三電平載波調制；零序分量

1 引言

隨著節能環保與綠色能源等理念的快速發展，使用脈寬調制(PWM)技術控制的整流器已成為電力電子行業研究的熱點。相對于傳統的二極管不控整流而言，PWM整流器具有功率因數可調、能量雙向流動、動態響應快等優點，并克服了傳統整流技術功率因數低、諧波大的缺點，因此被廣泛應用于新能源發電、變頻調速領域。

PWM技術一般可分為正弦載波調制(SPWM)與SVPWM。SVPWM從電機整體出發，以構建磁鏈圓為目的進行控制，物理概念明確清晰，相對于傳統的SPWM控制而言，SVPWM能獲得更好的控制效果，同時在直流電壓利用率、開關損耗、輸出諧波率等方面也優于SPWM，但SVPWM算法仍存在一些缺點，例如在一個周期中需要先進行扇區判斷、矢量選擇與作用時間計算等一系列工作，且隨著電平數的增多，SVPWM算法的計算量增加，從而嚴重影響控制性能．所以在SPWM與SVPWM之外尋找一種更好的PWM實現方法已成為當今研究的熱點之一。此處提出了一種與SVPWM等效的TCPWM算法，給出了統一的零序分量表達式。

2 基于載波調制的脈寬調制技術

所謂TCPWM算法其實質就是在三相正弦調制波中加入零序分量，再與三角載波進行比較以得到與SVPWM類似的控制效果。可以將其理解為是SPWM算法的改進，同時TCPWM算法也從一個側面反映出SPWM算法與SVPWM算法的本質聯系。由文獻可知，兩電平中各相所加零序分量的表達式為：

當k0=0．5時，此算法實質即為SVPWM算法。相比于兩電平各相零序分量而言，三電平的零序分量計算較為復雜，下面以TCPWM載波同相調制為例，通過分析TCPWM與三電平SVPWM算法近似得出TCPWM中零序分量的表達式。

假設處于(1，0，0)，(1，-l，-1)，(1，0，-1)的端點所組成的三角形之中，圖1示出參考矢量在一個周期內雙重載波的調制圖。由圖1可知：

由線電壓合成公式可得：

通過對其余扇區零序分量表達式的計算，發現各扇區中零序分量表達式略有不同。下面給出如何求得零序分量的統一表達式的方法。

首先比較a，b，c三相相電壓進行轉換，若該項參考電壓為正，則用原值進行比較；若為負，則用1加上該項參考電壓轉換為正值進行比較；再根據轉換后的各項參考值進行比較產生大小次序后，將原值從大到小排列即得Umax，Umid，Umin的取值。確定各相大小順序后，即可求得零序分量為：