施必劍 胥 飛

（上海電機(jī)學(xué)院電氣學(xué)院，上海201306）

0 引言

常規(guī)四橋臂逆變器控制矢量計(jì)算過程繁瑣，而且在直流側(cè)中點(diǎn)電壓平衡問題中，無法對中點(diǎn)電壓的平衡進(jìn)行有效、實(shí)時(shí)的控制[1]，誤差量較大。為了使三電平三相四橋臂空間矢量控制速度更快，結(jié)構(gòu)更簡單，并且能夠?qū)χ绷鱾?cè)中點(diǎn)電壓平衡進(jìn)行有效控制[2]，降維的思想顯得尤為重要。

1 降維的三電平四橋臂逆變器數(shù)學(xué)模型

由基爾霍夫電壓定律得三電平三相四橋臂逆變器推導(dǎo)公式：

由于三相四線制中的不對稱且畸變電源電壓通過逆變器最后輸出電壓是對稱的，所以滿足：

假設(shè)各橋臂控制采用對稱控制，即各橋臂中點(diǎn)電勢UAN、UBN、UCN是對稱的，忽略其中的高頻開關(guān)分量，滿足：

將式（3）代入式（1），得到第四橋臂參考電壓：

再將式（4）代入式（1），得到前三橋臂參考電壓：

2 3D-SVPWM逆變器控制

采用3D-SVPWM逆變器控制[3]需要求得三相參考電壓值，為了使計(jì)算簡單，將三相四橋臂逆變器電路模型簡化成平均電流電路模型，其中，逆變器的輸出等效為電壓源，負(fù)載等效為電流源。再將平均電流電路模型利用對稱分量法將電壓電流分解成正序、負(fù)序和零序，分別對正負(fù)零序進(jìn)行計(jì)算，再采用PI[4]對電壓、電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。假設(shè)三相輸出電壓為對稱電壓，則：

式中，U為電壓瞬時(shí)值；ω為電壓角頻率。

根據(jù)分解的正負(fù)零序模塊得到的逆變器輸出電壓：

3 直流側(cè)中點(diǎn)電壓控制

由于三電平逆變器存在中點(diǎn)電壓不平衡問題，為保證晶閘管承壓較小，防止開關(guān)被擊穿和提高系統(tǒng)的可靠性，采用均壓方法，即將給定電壓值的一半U(xiǎn)dc/2與逆變器直流側(cè)兩個(gè)電容電壓Udc1和Udc2分別進(jìn)行比較，然后通過PI控制器控制后得到指令電流，為簡化系統(tǒng)控制，將指令電流直接送到輸入端與輸入端電流參考值一起進(jìn)行控制。

4 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

仿真實(shí)驗(yàn)采用Simulink仿真，圖1～圖3依次為3D-SVPWM控制下帶不平衡負(fù)載的三相電壓波形、前三橋臂的三相電流波形、中點(diǎn)電壓波形。

圖13 D-SVPWM控制下帶不平衡負(fù)載的三相電壓波形

圖23 D-SVPWM控制下帶不平衡負(fù)載的三相電流波形

圖33 D-SVPWM控制下帶不平衡負(fù)載的中點(diǎn)電壓波形

圖中輸出的電壓波形與平衡負(fù)載情況下的波形是相同的，輸出的三相電流相互對稱，消除了畸變電流中的諧波，波形更加接近于正弦波形，因此3D-SVPWM逆變器控制滿足實(shí)驗(yàn)要求。

5 結(jié)語

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，3D-SVPWM控制的不平衡電壓、電流波形能夠在短時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定成正弦波，波形穩(wěn)定；中點(diǎn)電壓可穩(wěn)定地平衡在中點(diǎn)附近。結(jié)果驗(yàn)證了改進(jìn)的控制策略的有效性。