T型三电平逆变器的中点电位控制算法研究

三电平逆变器有着大容量,耐压等级高,输出电流谐波含量少,开关损耗小等诸多优点,是高压大功率场合非常理想的选择之一。但是,三电平逆变器也有着无法避开的缺陷——中点电位平衡问题。三电平逆变器中点电位的不平衡会导致在输出电压中出现低次谐波,造成电压畸变,严重降低电能质量。同时,中点电位的不平衡还会增加功率开关管和直流母线侧的电压应力。所以,三电平逆变器的中点电位平衡问题成为了各国学者们研究的热点。本文主要针对T型三电平的中点电位平衡的控制问题展开研究。本文首先介绍了T型三电平逆变器的拓扑结构和工作原理,分析了其输出电压和开关状态的对应关系和换流过程。研究了目前运用较为广泛的空间矢量调制算法(SVPWM)的调制原理和实现方式,并对SVPWM调制算法进行了仿真。根据SVPWM调制算法的作用原理,分析了中点电位不平衡对空间矢量作用影响和输出波形的影响。为了解决中点电位平衡控制的问题,本文从调制算法以及有功电流无功电流两个方面分析了导致中点电位不平衡的原因。根据SVPWM调制算法中的不同矢量对中点电位的影响,采用分配因子法,通过改变冗余小矢量的作用时间的方法来达到控制中点电位平衡的目的。在计算分配的时间因子时,分别采用了滞环控制、PI控制、中点电荷守恒控制、中点平均电流为零控制四种不同的算法,并将四种算法进行了仿真,对比分析了四种算法在不同工作条件下的优劣。针对传统的SVPWM调制算法在调制比较高、功率因素角较大的情况下利用分配因子法无法很好的控制中点电位平衡的问题,本文采用了一种新的调制算法——虚拟空间矢量调制算法,此种算法将空间矢量调制算法中的中矢量的作用时间划出一部分作为小矢量的作用时间,使得在单个调制周期内中点平均电流始终为零,更有利于实现中点电位的平衡。最后,针对虚拟空间矢量调制算法无法对中点电位的偏差进行修正的问题,本文提出了一种优化虚拟空间矢量调制算法的方法,该方法通过选取合适的冗余小矢量,改变其作用时间,对虚拟空间矢量调制算法下的中点电位的偏差进行了修正,同时,本文还对优化前与优化后的虚拟空间矢量调制算法的中点电位波动情况进行了仿真和对比,仿真结果证明,在多种工作状况下,优化后的虚拟空间矢量调制算法均能有效的抑制中点电位的波动,达到控制中点电位平衡的目的。