基于雙調(diào)制波載波PWM策略的中點(diǎn)電位平衡問(wèn)題研究.pdf

1、中點(diǎn)電位平衡問(wèn)題是三電平中點(diǎn)箝位（Neutral-point-clamped，NPC）逆變器的固有問(wèn)題，也是限制三電平 NPC逆變器廣泛應(yīng)用的瓶頸。中點(diǎn)電位不平衡會(huì)導(dǎo)致部分開(kāi)關(guān)器件承受的關(guān)斷電壓增大，造成器件過(guò)壓，還會(huì)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(gè)調(diào)制波，普遍采用零序電壓注入的方法來(lái)進(jìn)行中點(diǎn)電位平衡控制，但在部分調(diào)制度和功率因數(shù)下存在無(wú)法完全消除中點(diǎn)電位低頻波動(dòng)

2、的問(wèn)題。基于空間矢量PWM（Space vector PWM，SVPWM）的中點(diǎn)電位平衡方法也存在或者在部分條件下無(wú)法完全消除中點(diǎn)電位低頻波動(dòng)或者無(wú)法克服中點(diǎn)電位直流不平衡或者開(kāi)關(guān)頻率偏高等問(wèn)題。另外，中點(diǎn)電位平衡控制往往與某些特殊PWM在開(kāi)關(guān)序列上相沖突，導(dǎo)致這些PWM無(wú)法在三電平NPC逆變器中應(yīng)用，或無(wú)法達(dá)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(diǎn)電位平衡問(wèn)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(diǎn)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(diǎn)電位直流不平衡和中點(diǎn)電位低頻波動(dòng)問(wèn)題，以及開(kāi)關(guān)序列相沖突的問(wèn)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(diǎn)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(wú)法完全消除中點(diǎn)電位低頻波動(dòng)的本質(zhì)原因，提出了完全消除中點(diǎn)電位低頻波動(dòng)的充分條件。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)電壓等效原則和中點(diǎn)平衡原則，提

4、出了一種雙調(diào)制波載波PWM方法，通過(guò)把每相的給定參考電壓分解成正負(fù)兩個(gè)調(diào)制波來(lái)進(jìn)行調(diào)制，增加了“0”狀態(tài)占空比分配的自由度，實(shí)現(xiàn)了在所有調(diào)制度和功率因數(shù)下完全消除中點(diǎn)電位直流不平衡和中點(diǎn)電位低頻波動(dòng)，解決了傳統(tǒng)單調(diào)制波載波PWM在部分條件下無(wú)法克服的中點(diǎn)電位低頻波動(dòng)問(wèn)題。
　　在雙調(diào)制波載波PWM的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)雙調(diào)制波的波形與開(kāi)關(guān)頻率的關(guān)系進(jìn)行了研究，提出了一種降低了開(kāi)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(guò)在雙調(diào)制波載波 PWM的調(diào)制波中注入零序電壓來(lái)降低調(diào)制波調(diào)制產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)頻率，并由此建立兩組平均中點(diǎn)電流大小相等方向相反的雙調(diào)制波，然后根據(jù)中點(diǎn)電位的情況進(jìn)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(diǎn)電位直流不平衡和中點(diǎn)電位低頻波動(dòng)，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(kāi)關(guān)頻率。
　　為解決中點(diǎn)電位平衡控制與某些特殊PWM開(kāi)關(guān)序列相沖突的問(wèn)題，針對(duì)背靠背式三電平 NPC逆變器，提出

6、了中點(diǎn)電位平衡協(xié)調(diào)控制方法，通過(guò)在整流或逆變某一側(cè)協(xié)調(diào)控制整個(gè)逆變器的中點(diǎn)電位，而另一側(cè)實(shí)施對(duì)開(kāi)關(guān)序列有特殊要求的PWM方法來(lái)解決開(kāi)關(guān)序列沖突的問(wèn)題。以中點(diǎn)電位平衡控制與諧波最優(yōu)SVPWM開(kāi)關(guān)序列沖突的問(wèn)題為例，對(duì)基于雙組雙調(diào)制波載波PWM和SVPWM的4種中點(diǎn)電位平衡協(xié)調(diào)控制方法進(jìn)行了研究，給出了相應(yīng)的協(xié)調(diào)控制算法和中點(diǎn)電位低頻波動(dòng)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