李興，靳斌，熊明，王建林

（西華大學(xué)電氣與電子信息學(xué)院，成都610039）

一種新的三電平NPC變換器中點(diǎn)電位平衡控制策略

李興，靳斌，熊明，王建林

（西華大學(xué)電氣與電子信息學(xué)院，成都610039）

三電平NPC變換器相較傳統(tǒng)兩電平變換器來(lái)說(shuō)具有較多優(yōu)點(diǎn)，但其特殊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也帶來(lái)了中點(diǎn)電位不平衡問(wèn)題。在簡(jiǎn)化三電平SVPWM算法和虛擬空間矢量的基礎(chǔ)上，提出一種將兩者混合的中點(diǎn)電位控制方式。即在低調(diào)制度環(huán)境下，調(diào)用簡(jiǎn)化三電平空間矢量算法，并參照中點(diǎn)電位與中點(diǎn)電流的實(shí)際情況，確定怎樣選擇重疊扇區(qū)的歸屬或改變七段式開(kāi)關(guān)矢量序列；在高調(diào)制度時(shí)則可利用虛擬空間矢量能夠控制中矢量的優(yōu)勢(shì)來(lái)抑制中點(diǎn)偏移。最后在Matlab中建模并進(jìn)行仿真，結(jié)果證明了這種控制方式能夠在高低調(diào)制度區(qū)域明顯抑制中點(diǎn)電位波動(dòng)與偏移。

中點(diǎn)電位不平衡；簡(jiǎn)化三電平SVPWM；虛擬空間矢量；調(diào)制度

引言

改善三電平變換器中點(diǎn)電位偏移狀況對(duì)于其性能來(lái)說(shuō)具有相當(dāng)重要的意義［1-2］。其直流側(cè)上下電容分壓不均會(huì)導(dǎo)致的換流器輸出電壓、電流失真，甚至引起開(kāi)關(guān)器件所受電壓應(yīng)力變大、輸出電壓諧波等問(wèn)題［3］，嚴(yán)重影響工作性能。因此，其中點(diǎn)電位控制方式得到了廣泛研究。

簡(jiǎn)化三電平算法使三電平變換器控制方式得以簡(jiǎn)化，但并不能改善其中點(diǎn)電位問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)［2］提出一種以九段式開(kāi)關(guān)序列代替七段式以消除或減小冗余小矢量對(duì)中點(diǎn)電位影響的控制方式，卻并不能在高調(diào)制度下取得較好效果；文獻(xiàn)［4］提出以改變簡(jiǎn)化三電平空間矢量脈寬調(diào)制SVP-WM（space vector pulse width modulaotion）中重疊區(qū)域歸屬的方式抑制中點(diǎn)偏移，亦不能改善高調(diào)制度下的窘境；文獻(xiàn)［5-7］則分別闡述了虛擬空間矢量及其改進(jìn)方式，但傳統(tǒng)的虛擬空間矢量控制方式并無(wú)具體中點(diǎn)控制策略，實(shí)際應(yīng)用中受元件參數(shù)等條件影響大，而改進(jìn)后也由于在低調(diào)制度時(shí)控制復(fù)雜難以實(shí)現(xiàn)。此外，還有一些策略，比如中點(diǎn)電荷法［8］、基于空間矢量切換的算法［9］等，但都是用小矢量實(shí)現(xiàn)中點(diǎn)電位控制，在高調(diào)制度下也難以有好的效果。

針對(duì)常規(guī)算法難以抑制某一調(diào)制度下中點(diǎn)電位波動(dòng)與偏移的現(xiàn)象，本文將改進(jìn)后的簡(jiǎn)化三電平SVPWM算法與虛擬空間矢量算法相結(jié)合，提出了一種混合式的三電平變流器中點(diǎn)電位不平衡控制算法。不同的調(diào)制度時(shí)參考電壓矢量落在不同區(qū)域，該算法則選擇不同的控制方法。在低調(diào)制度時(shí)，采用簡(jiǎn)化三電平算法，考慮中點(diǎn)電位及中點(diǎn)電流，控制扇區(qū)重疊區(qū)域的歸屬情況或改七段式序列為九段式開(kāi)關(guān)序列，以此使中點(diǎn)電位趨于平衡；在高調(diào)制度時(shí)，采用虛擬空間矢量方法，并加以改進(jìn)，采取虛擬中矢量對(duì)應(yīng)電流來(lái)對(duì)直流側(cè)電容充放電的形式控制中點(diǎn)電位，從而避免了某一調(diào)制度下難以抑制中點(diǎn)電位偏移的問(wèn)題。

1　三電平中點(diǎn)偏移原理

圖1為三電平NPC變流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)［1］，用2、1、0代表每相電壓的3個(gè)狀態(tài)：Vdc/2、0、-Vdc/2，則由空間矢量定義［2］可知，映射所得到的開(kāi)關(guān)狀態(tài)有27個(gè)，相應(yīng)的矢量有19個(gè)，包括6個(gè)大矢量、6個(gè)中矢量、1個(gè)零矢量與6個(gè)小矢量，如圖2所示。由圖1可以看出：大矢量所產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)狀態(tài)使輸入或輸出直接與正負(fù)母線(xiàn)連接，不會(huì)對(duì)中點(diǎn)電位產(chǎn)生影響；中矢量則總會(huì)有某相與中點(diǎn)接觸，其電流引起中點(diǎn)電位變化；小矢量也會(huì)對(duì)中點(diǎn)造成影響，但其兩個(gè)冗余狀態(tài)具有相反的效果；零矢量相關(guān)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)不會(huì)與中點(diǎn)接觸，不造成中點(diǎn)電位變化［3］。

總之，只有中矢量和小矢量會(huì)引起中點(diǎn)電位變化，中矢量是不能控制的，小矢量卻是可以調(diào)整的，故一般的中點(diǎn)電位軟件控制方法都是通過(guò)調(diào)整小矢量達(dá)到控制效果的。

圖1　三電平NPC變換器拓?fù)銯ig.1 Topology of three-level NPC converter

圖2　三電平簡(jiǎn)化為兩電平矢量展示Fig.2 Three-level vectors simplifying to two-level vectors

2　簡(jiǎn)化三電平空間矢量算法

從圖2可以看到，三電平NPC空間矢量可由6個(gè)兩電平六邊形空間矢量組合重疊而成，計(jì)算三電平SVPWM脈沖時(shí)先將參考矢量拆分為基矢量與兩電平內(nèi)相應(yīng)參考矢量之和，再采取兩電平空間矢量脈沖產(chǎn)生方式得到調(diào)制脈沖，最后通過(guò)加上基矢量轉(zhuǎn)化為三電平脈沖［10］。文獻(xiàn)［10］給出了相關(guān)詳細(xì)步驟，不再贅述。

參照?qǐng)D2，三電平參考矢量Vref位于S=1、N=2的小區(qū)域內(nèi)，遵照最近3矢量合成原則與伏秒平衡原理，假設(shè)三角形3個(gè)矢量為U1、U2、U3，則有

式中：t1、t2、t3為工作矢量U1、U2、U3對(duì)照工作時(shí)間，轉(zhuǎn)化到兩電平算法是矢量U'1、U'2、U'3對(duì)照時(shí)間；Ts為SVPWM算法周期，Ts=t1+t2+t3；V'ref為轉(zhuǎn)化為兩平算法后所需合成的參考量；VrBase為轉(zhuǎn)化到兩電平算法所需基矢量［3］。由此證明了此算法的有效性。

3　中點(diǎn)平衡控制算法

圖3　扇區(qū)Ⅰ劃分及虛擬矢量分布Fig.3Partition of sectorsⅠand distribution of virtual vectors

3.1m≤0.5時(shí)改進(jìn)簡(jiǎn)化三電平SVPWM算法

m≤0.5時(shí)，三電平參考矢量必然位于2個(gè)兩電平矢量六邊形的重疊區(qū)域，同時(shí)合成參考矢量時(shí)只須采用零矢量與小矢量，與中矢量無(wú)關(guān)。由于一般采取七段式開(kāi)關(guān)矢量序列，這時(shí)序列中會(huì)有3個(gè)不同的小矢量開(kāi)關(guān)狀態(tài)和零矢量開(kāi)關(guān)狀態(tài)，其中2個(gè)小矢量開(kāi)關(guān)狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致對(duì)中點(diǎn)電位相反的影響，從而相互抵消。另一個(gè)小矢量開(kāi)關(guān)狀態(tài)則會(huì)對(duì)中點(diǎn)電位產(chǎn)生影響，且不會(huì)抵消。

以參考矢量處在S=1且N=3區(qū)域?yàn)槔?，由于是重疊區(qū)域，同時(shí)也可認(rèn)為參考矢量處在S=2且N=5區(qū)域，自然由最近三矢量合成原則可得2種開(kāi)關(guān)序列，對(duì)中點(diǎn)電位的影響也會(huì)不同。當(dāng)認(rèn)為參考矢量處于S=1且N=3區(qū)域時(shí)，容易得到其所需開(kāi)關(guān)序列為100-110-111-211-111-110-100，其中小矢量（211）與（100）作用相互抵消，即只剩小矢量（110）會(huì)對(duì)中點(diǎn)電位構(gòu)成影響；當(dāng)認(rèn)為參考矢量處于S=2且N=5區(qū)域時(shí)，容易得到其所需開(kāi)關(guān)序列為110-111-211-221-211-111-110，其中小矢量（221）與（110）作用相互抵消，即只剩小矢量（211）會(huì)對(duì)中點(diǎn)電位構(gòu)成影響。以電流流入中點(diǎn)方向?yàn)檎鲜鰞蓚€(gè)小矢量對(duì)中點(diǎn)電位的影響如表1所示。

表1　重疊區(qū)域小矢量對(duì)中點(diǎn)電位影響Tab.1 Infection of small vector at mixing zone on neutral point voltage

仍以前述例子為參考，當(dāng)Vdc1-Vdc2＞0時(shí)，考慮電流實(shí)際情況，選擇合適開(kāi)關(guān)矢量序列如下：

①當(dāng)ic＞0且ia＞0，從表1可知，無(wú)論選擇S=1或S=2都會(huì)加劇中點(diǎn)電位不平衡，故本文選擇九段式開(kāi)關(guān)序列，抵消全部小矢量作用：100-110-111-211-221-211-111-110-100。這樣，加入小矢量（221）之后所有小矢量對(duì)中點(diǎn)電位的作用全部被抵消，而（221）與（110）互為冗余小矢量，只須調(diào)整（221）與（110）的作用時(shí)間便可對(duì)合成參考矢量無(wú)影響。

②當(dāng)ic＞0且ia＜0，從表1可知，選擇認(rèn)為參考矢量處于S=2能夠抑制中點(diǎn)電位不平衡。

③當(dāng)ic＜0且ia＞0，從表1可知，選擇認(rèn)為參考矢量處于S=1能夠抑制中點(diǎn)電位不平衡。

④當(dāng)ic＜0且ia＜0，從表1可知，無(wú)論選擇S=1或S=2都會(huì)抑制中點(diǎn)電位不平衡，則選擇對(duì)中點(diǎn)不平衡抑制更大的情況：ic＜ia，選擇使S=1；否則選擇使S=2。

同理可得Vdc1-Vdc2＜0時(shí)的中點(diǎn)平衡處理情況。如此，便即得到m≤0.5時(shí)S=1與S=2重疊區(qū)域的中點(diǎn)平衡處理措施，如表2所示。

表2　低調(diào)制度時(shí)S=1與S=2重疊區(qū)域的中點(diǎn)平衡處理措施Tab.2 Balancing measures about the neutral point fluctuation in overlap region of S=1 and S=2 when m≤0.5

當(dāng)0＜m≤0.5，所對(duì)照的參考矢量必然全部位于各個(gè)兩電平矢量六邊形的重疊區(qū)域，依照最近三矢量原理［7］容易知道，所需要的基本矢量必然全部都是小矢量。由此，易知，此時(shí)開(kāi)關(guān)矢量序列中的非冗余矢量導(dǎo)致了中點(diǎn)電位不平衡現(xiàn)象。上述的不平衡控制策略旨在控制小矢量的作用：當(dāng)需要某個(gè)小矢量時(shí)用其控制直流側(cè)電容的充電與放電，從而平衡中點(diǎn)電位；當(dāng)不需要某個(gè)小矢量時(shí)通過(guò)添加其對(duì)照的冗余狀態(tài)來(lái)抵消前者的影響。故在只需小矢量的低調(diào)制度范圍內(nèi)，此種策略能夠達(dá)到較好的效果。

當(dāng)0.5＜m≤1時(shí)，由圖2易知，此時(shí)參考矢量既有可能位于某一個(gè)兩電平矢量六邊形除重疊區(qū)域外的部分也有可能位于重疊區(qū)域，且其合成還需中矢量的參與。由此，當(dāng)其位于重疊區(qū)域時(shí)上述算法還能起到一定作用，但不可控的中矢量卻會(huì)加劇中點(diǎn)電位不平衡問(wèn)題，同時(shí)當(dāng)其不在重疊區(qū)域時(shí)上述算法基本不再可用，故在0.5＜m≤1，上述算法不具有理想效果。也即上述算法在低調(diào)制度時(shí)具有較好效果，在高調(diào)制度則不會(huì)得到好的效果。

3.20.5＜m≤1時(shí)改進(jìn)虛擬矢量控制方式

0＜m≤0.5時(shí)的控制方法不能在0.5＜m≤1時(shí)有好的效果，而在虛擬空間矢量［11-13］基礎(chǔ)上的改進(jìn)算法卻可以在0.5＜m≤1的高調(diào)制度情況下虛擬中矢量產(chǎn)生的電流和參照中點(diǎn)電荷調(diào)制算法［14］來(lái)控制中點(diǎn)電位不平衡現(xiàn)象，這樣，即使在需要中矢量參與合成的高調(diào)制度區(qū)域，亦可以較好地抑制中點(diǎn)電位不平衡。

3.2.1虛擬矢量定義

以構(gòu)建的虛擬矢量對(duì)中點(diǎn)電位無(wú)影響為原則，構(gòu)建虛擬矢量，圖3給出了其扇區(qū)劃分及虛擬矢量分布情況。以圖3Ⅰ區(qū)為例進(jìn)行分析。

虛擬小矢量：如正負(fù)小矢量211（-ia）、100（ia），其虛擬矢量為

因Ts一般很小，在一個(gè)周期三相電流ia、ib、ic一般固定不變，則在虛擬小矢量Vvs1工作時(shí)間Tvs1內(nèi)，直流側(cè)中點(diǎn)電荷改變量為

由式（4）知，當(dāng)k=0.5時(shí)，Qvs1=0，即Vvs1在工作時(shí)間Tvs1內(nèi)不影響中點(diǎn)電位。同理可構(gòu)建圖3中的虛擬矢量Vvs2。

虛擬中矢量：遵循同樣的原則，由小矢量221（ic）、100（ia）與中矢量210（ib）共同構(gòu)建虛擬中矢量，特殊情況下其中點(diǎn)電流ia+ib+ic=0，則有

其中，k1+k2=1且k1k2＞0。則同上，VZM1在其工作時(shí)間Tm內(nèi)的中點(diǎn)電荷改變量為

由式（6）能夠得出以下幾點(diǎn)：

（1）當(dāng)k=2/3時(shí)，VZM1處于B點(diǎn)，QTm=0，即VZM1對(duì)中點(diǎn)電位無(wú)影響。這與文獻(xiàn)［6］中所述的傳統(tǒng)虛擬空間矢量算法一致，即虛擬中矢量長(zhǎng)度為固定值，無(wú)法調(diào)節(jié)其產(chǎn)生的中點(diǎn)電位來(lái)抑制波動(dòng)。

（2）當(dāng)k=5/6時(shí)，VZM1處于A點(diǎn)，則會(huì)導(dǎo)致以下兩種情況：若ib＞0，那么QTm＜0，依據(jù)文獻(xiàn)［14］中的中點(diǎn)電荷算法，Vdc1減小，Vdc2增大；若ib＜0，那么QTm＞0，同理，Vdc1增大，Vdc2減小。

（3）當(dāng)k=1/3時(shí)，VZM1處于C點(diǎn)，有以下2種情況：若ib＞0，那么QTm＞0，同理，Vdc1增大，Vdc2減?。蝗鬷b＜0，那么QTm＜0，同理，Vdc1減小，Vdc2增大。

虛擬零矢量與虛擬大矢量分別為VVO=V111、VVL1=V200與VVL2=V220，都不會(huì)對(duì)中點(diǎn)電位有影響。

3.2.2扇區(qū)判斷與作用時(shí)間計(jì)算

圖3展示了扇區(qū)Ⅰ的區(qū)域劃分，根據(jù)各個(gè)虛擬矢量的大小位置，結(jié)合簡(jiǎn)化三電平算法的最佳適應(yīng)區(qū)域，將之劃分為5個(gè)小區(qū)域：區(qū)域（1）～區(qū)域（5）。其中區(qū)域（1）中調(diào)制度m≤0.5區(qū)域是簡(jiǎn)化三電平算法適用區(qū)域，區(qū)域（2）～區(qū)域（5）是改進(jìn)后的虛擬空間矢量適應(yīng)區(qū)域，θ是參考矢量Vref的相角。

結(jié)合圖3可以得出參考矢量所位于的區(qū)域，如表3所示。以伏秒平衡原理［15］為指導(dǎo)，計(jì)算各個(gè)矢量的具體工作時(shí)間，詳見(jiàn)文獻(xiàn)［6、13］不再詳述。最后依據(jù)開(kāi)關(guān)管調(diào)制規(guī)則（只能由012或210順序變化），確定了Ⅰ區(qū)的區(qū)域（1）～區(qū)域（5）的開(kāi)關(guān)序列，如表4所示，（注：這里的（1）區(qū)指適合改進(jìn)后虛擬矢量算法的區(qū)域）。

表3　扇區(qū)判據(jù)Tab.3 Judging region rule of refer vector

易知，VZM1的模是，再結(jié)合其余各個(gè)虛擬矢量的模與位置，令m0=1/，便可得出圖3中的各個(gè)調(diào)制度的大小，即

3.2.3Ⅰ區(qū)區(qū)域（2）～區(qū)域（5）平衡控制

每個(gè)周期檢測(cè)中點(diǎn)電位的情況，然后結(jié)合虛擬中矢量的中點(diǎn)電流具體情況，選擇使虛擬中矢量處于圖3中A、B、C 3個(gè)點(diǎn)中某一個(gè)具體的點(diǎn)上，從而調(diào)節(jié)中點(diǎn)電位情況。以K為最大允許偏差，ΔV= Vdc1-Vdc2；區(qū)域（2）～區(qū)域（5）區(qū)域還包括區(qū)域（1）中m≥0.5的部分，以滯環(huán)控制方式調(diào)節(jié)中點(diǎn)波動(dòng)。

表4　區(qū)Ⅰ中區(qū)域（2）～區(qū)域（5）開(kāi)關(guān)序列Tab.4 Vectors output order from sector（2）to sector（5）in sector I

①當(dāng)-K≤ΔV≤K時(shí)，使虛擬中矢量位于B點(diǎn)，即k=2/3；②當(dāng)K＜ΔV時(shí)，ib＞0，虛擬中矢量位于A點(diǎn)，即k=5/6；ib＜0虛擬中矢量位于C點(diǎn)，即k=1/3；③當(dāng)ΔV≤-K時(shí)，同理，ib＞0即k=1/3；ib＜0即k=5/6。

4　仿真驗(yàn)證

針對(duì)本文所提出的用于抑制中點(diǎn)電位不平衡的混合型算法的有效性，由于條件不允許實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，便在Matlab/Simulink中搭建了仿真模型進(jìn)行研究。其具體參數(shù)為：交流側(cè)電壓為311 V，交流側(cè)電感與電阻分別為L(zhǎng)s=20 mH、Rs=10 Ω，C1=C2=2 000 μF，采樣頻率取20 kHz，直流母線(xiàn)電壓Vdc則設(shè)置為可變以調(diào)節(jié)調(diào)制度，從而檢驗(yàn)控制策略在不同調(diào)制度的效果。

對(duì)于仿真模型，分為簡(jiǎn)化三電平空間矢量改進(jìn)算法與改進(jìn)型虛擬矢量算法兩個(gè)部分。簡(jiǎn)化三電平空間矢量改進(jìn)算法模型搭建類(lèi)似于傳統(tǒng)三電平SVPWM模型，區(qū)別只在于前者不需要小區(qū)域判斷且需根據(jù)中點(diǎn)電流實(shí)際情況選擇開(kāi)關(guān)矢量序列，仍需要進(jìn)行大扇區(qū)判斷、作用時(shí)間計(jì)算、作用時(shí)間分配、脈沖產(chǎn)生幾個(gè)步驟；改進(jìn)型虛擬矢量算法模型則相對(duì)復(fù)雜一些，為利于矢量作用時(shí)間計(jì)算，模型首先采用60°g_h坐標(biāo)系（較90°坐標(biāo)系來(lái)說(shuō)，g_h坐標(biāo)系扇區(qū)歸一簡(jiǎn)單，只需進(jìn)行如表5所示的變換，各個(gè)扇區(qū)都能歸算到扇區(qū)Ⅰ中，即只需搭建出扇區(qū)Ⅰ的時(shí)間模型，便可得到所有扇區(qū)的矢量作用時(shí)間，同時(shí)也可利用扇區(qū)Ⅰ的小區(qū)域劃分規(guī)則為其余幾個(gè)扇區(qū)劃分小區(qū)域。另外，利用g_h坐標(biāo)系進(jìn)行扇區(qū)判斷只需簡(jiǎn)單邏輯判斷，利于模型搭建）。

表5　扇區(qū)歸算Tab.5 Sector reduction

關(guān)于模型中復(fù)雜又重要的時(shí)間計(jì)算，考慮此處用60°坐標(biāo)系，根據(jù)伏秒平衡原理和平行四邊形原則可以得到計(jì)算Ⅰ區(qū)相關(guān)時(shí)間，即

式中，y=Vdc（1-0.5k1）/3為虛擬中矢量分解在g、h坐標(biāo)軸上的長(zhǎng)度。上述模型的各個(gè)環(huán)節(jié)計(jì)算較多文獻(xiàn)有過(guò)闡述，這里只給出簡(jiǎn)略模型框圖，如圖4所示。

圖5給出了未加入中點(diǎn)電位控制算法的傳統(tǒng)空間矢量算法的仿真波形。其中，圖5（a）是Vdc= 2 200 V即調(diào)制度m=0.367 3時(shí)的中點(diǎn)電位波形，由圖可見(jiàn)，波動(dòng)在±20 V左右；圖5（b）是Vdc=1 000 V即調(diào)制度m=0.809 0時(shí)的中點(diǎn)電位波形，由圖可見(jiàn)波動(dòng)較大且出現(xiàn)持續(xù)偏移，傳統(tǒng)算法無(wú)法對(duì)中矢量產(chǎn)生的影響實(shí)現(xiàn)控制，影響變換器性能。

圖4　仿真模型簡(jiǎn)略框圖Fig.4 Block diagram of the simulation model briefly

圖5　未加中點(diǎn)控制算法時(shí)的中點(diǎn)電位波動(dòng)Fig.5 The neutral point voltage fluctuation without control algorithm

僅加低調(diào)制度中點(diǎn)控制算法時(shí)的中點(diǎn)電位波動(dòng)如圖6所示，當(dāng)Vdc=2 200 V時(shí)，調(diào)制度為m= 0.367 3，參考矢量位于（1）區(qū)域中，適用于改進(jìn)后簡(jiǎn)化三電平空間矢量算法的部分，此時(shí)只加入改進(jìn)后簡(jiǎn)化三電平空間矢量算法以適應(yīng)低調(diào)制度時(shí)中點(diǎn)電位不平衡控制，中點(diǎn)電位波形如圖6（a）所示，由圖（a）可示，波動(dòng)在±3 V左右。將Vdc改為1 000 V即m=0.809 0，其仿真波形如圖6（b）所示，波動(dòng)較大且有明顯偏移，即說(shuō)明已加入的控制算法不適用于應(yīng)高調(diào)制度的情況。

圖6　僅加低調(diào)制度中點(diǎn)控制算法時(shí)的中點(diǎn)電位波動(dòng)Fig.6 The neutral point fluctuation with control algorithm used when m＜0.5

圖7　加入完整中點(diǎn)控制算法的仿真波形Fig.7 Simulation waveforms with complete neutral point control algorithm

加入完整中點(diǎn)控制算法后的仿真波形如圖7所示。圖7（a）則是加入改進(jìn)后虛擬矢量算法的中點(diǎn)電位在m=0.809 0且K=4時(shí)的仿真波形，波動(dòng)在±5 V以?xún)?nèi)，無(wú)偏移現(xiàn)象，中點(diǎn)電位波動(dòng)都得到明顯抑制，即算法達(dá)到了控制目的。圖7（b）則給出了虛擬矢量算法的電路線(xiàn)電壓波形，由于在控制方式上也是通過(guò)矢量序列表的方式，故其線(xiàn)電壓波形與傳統(tǒng)算法類(lèi)似。

5　結(jié)語(yǔ)

針對(duì)三電平NPC變換器所固有的中點(diǎn)電位不平衡問(wèn)題，本文基于簡(jiǎn)化三電平SVPWM算法，對(duì)改變重疊區(qū)域所屬扇區(qū)以控制中點(diǎn)電位的控制策略加以改進(jìn)，并與改進(jìn)后的虛擬空間矢量控制方式相結(jié)合，提出一種新的混合算法來(lái)抑制中點(diǎn)電位波動(dòng)。依據(jù)調(diào)制度高低，新的算法變換不同控制方式，仿真驗(yàn)證了該算法能夠明顯抑制中點(diǎn)電位波動(dòng)。

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A New Neutral Voltage Balance Control Strategy of Three-level NPC Inverter

LI Xing，JIN Bin，XIONG Ming，WANG Jianlin
（School of Electrical Engineering and Electronic Information，Xihua University，Chengdu 610039，China）

NPC three-level converter has more advantages compared with traditional two level converter，but its special topology also brings neutral voltage imbalance.On the basis of simplified three-level space vector pulse width modulation（SVPWM）algorithm and the virtual space vector，a mixed strategy about controlling neutral voltage is put forward.Namely under the low modulation index environment，the simplified three-level space vector algorithm is chosen，and with reference to the actual situation of neutral voltage and neutral current to determine how to select overlapping sectors'affiliation or change switch vector sequences of seven section；under the high modulation index environment，the strategy of virtual space vector is used to suppress the excursion of neutral voltage.Finally，the model is built and simulatied in Matlab，the result proves that this control method can obviously suppress the excursion of neutral voltage under the low modulation index and high modulation index environment.

neutral voltage imbalance；simplified three-level SVPWM；virtual space vector；modulation degree

李興

10.13234/j.issn.2095-2805.2016.5.96

TM 46

A

李興（1991-），男，通信作者，碩士研究生，研究方向：三電平NPC變換器控制，E-mail：wsldxyx@163.com。

靳斌（1970-），男，博士，教授，研究方向：控制理論與應(yīng)用，E-mail：jb123456@163.com。

熊明（1992-），男，碩士研究生，研究方向：模塊化多電平換流器研究，E-mail：1536396861@qq.com。

王建林（1992-），男，碩士研究生，研究方向?yàn)椋禾馗邏褐绷鬏旊娋€(xiàn)路電磁環(huán)境研究，E-mail：1157304821@qq.com。

2016-03-11

春暉計(jì)劃資助項(xiàng)目（Z2014076）；四川省教育廳基金資助項(xiàng)目（13ZA0024）

Project Supported by Spring Sunshine Plan（Z2014076）；Fund ProjectofSichuanProvincialDepartmentofEducation（13ZA0024）