二極管箝位型三電平逆變器的漏電流抑制問題研究目錄TOC\o"1-3"\h\u24864摘要 [17]，可由該扇區(qū)的非零矢量和零矢量在時(shí)間上的不同組合來得到。下文來具體分析三電平空間矢量原理：定義三相輸出電壓的表達(dá)式分別為：（3.6）則合成的參考電壓為：（3.7）由于各個(gè)橋臂輸出的電壓種類均有3種，則三相可輸出共27種狀態(tài)，設(shè)SX為每個(gè)橋臂的開關(guān)函數(shù)，則三相輸出電壓可表示為：（3.8）其中，SX共有三種取值，分別為1、0、-1。取值為1時(shí)，表示該相所在橋臂的上兩個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通，下兩個(gè)開關(guān)管關(guān)斷；取值為0時(shí)，表示該相所在橋臂中間某個(gè)管子導(dǎo)通；取值為-1時(shí)，表示該相所在橋臂下兩個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通，上面兩個(gè)關(guān)斷。將三相電壓進(jìn)行矢量合成，可以得到：通過計(jì)算，我們可以得到大矢量、中矢量、小矢量、零矢量及其在空間矢量圖中對應(yīng)的位置，用P表示1，用O表示0，用N表示-1，則各個(gè)矢量運(yùn)算舉例如下：當(dāng)SaSbSc分別取PNN時(shí)：（3.9）當(dāng)SaSbSc分別取PON時(shí)：（3.10）當(dāng)SaSbSc分別取POO時(shí)：（3.11）當(dāng)SaSbSc分別取ONN時(shí)：（3.12）當(dāng)SaSbSc分別取OOO時(shí)：（3.13）可以繪制出三電平逆變器的空間電壓矢量圖如下：圖3.3三電平逆變器的空間電壓矢量圖實(shí)際應(yīng)用中，SVPWM算法的實(shí)現(xiàn)步驟主要有如下幾步：首先在空間矢量圖上建立直角坐標(biāo)系，進(jìn)行clark轉(zhuǎn)換，或叫做等功率轉(zhuǎn)換。將要合成的電壓矢量投射到直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸上，計(jì)算出該矢量的模值和相角，同時(shí)進(jìn)行空間位置判斷，計(jì)算出該矢量所在的具體的空間位置。確定好參考矢量所在的空間位置后，利用就近三矢量思想，來確定脈沖觸發(fā)的順序，再利用伏秒平衡原理，計(jì)算出脈沖觸發(fā)時(shí)間，生產(chǎn)出對應(yīng)的波形。最后將基本矢量作用時(shí)間轉(zhuǎn)換為切換時(shí)間，在與三角波對比的基礎(chǔ)上，輸出PWM信號。需要注意的是，為了在實(shí)際應(yīng)用中減小開關(guān)損耗，使得在每次開關(guān)狀態(tài)切換時(shí)，只改變其中一相的開關(guān)狀態(tài)，我們采用七段式結(jié)構(gòu)對稱的輸出方法，促使矢量之間平滑切換，提高直流電壓的利用率。3.3基于改進(jìn)型LCL濾波器對中點(diǎn)電位平衡的控制3.3.1傳統(tǒng)的中點(diǎn)電位平衡控制方法--分配因子法的概述由上文分析得知，當(dāng)電路處于小矢量狀態(tài)時(shí)，中點(diǎn)電位會受到影響，且當(dāng)成對的小矢量作用在中點(diǎn)時(shí)，產(chǎn)生的電流對于中點(diǎn)電位的影響剛好是相反的，從而能夠抵消一部分不平衡的電壓。在空間矢量脈寬調(diào)制算法中，由于基本電壓矢量的切換是通過控制開關(guān)管的開斷組合來實(shí)現(xiàn)的，而功率管在切換過程當(dāng)中不可避免的會存在一定的損耗，因此為了最大限度的減小損耗，減少不必要的開關(guān)切換，在合成參考矢量時(shí)，根據(jù)就近原則選取的基本矢量當(dāng)中往往會包含小矢量對，我們可以通過對冗余小矢量作用時(shí)間進(jìn)行配置，來實(shí)現(xiàn)對中點(diǎn)電位波動的抑制。具體的配置方法如下：我們可以在正負(fù)冗余小矢量當(dāng)中，引入調(diào)制因數(shù)k，k的范圍在-1到1之間，通過中點(diǎn)電位的電壓偏差和中線電流的方向，我們可以調(diào)節(jié)k值，來抑制中點(diǎn)電位的不平衡狀態(tài)。（3.14）式中，tp和tn表示一對正負(fù)小矢量的作用時(shí)間，t1為這對小矢量作用的總時(shí)間，此處選取第一扇區(qū)I區(qū)，計(jì)算一下加入冗余小矢量對后各個(gè)空間矢量的作用時(shí)間，計(jì)算結(jié)果如下圖所示。表3.1矢量作用時(shí)間時(shí)序表為了減少開關(guān)管的頻繁開斷，我們引入一個(gè)滯環(huán)寬度h，使得中點(diǎn)電壓偏差控制在滯環(huán)范圍內(nèi)即可。此時(shí)，當(dāng)中點(diǎn)電位的絕對值不大于滯環(huán)寬度h時(shí)，VO=0;當(dāng)中點(diǎn)電位的絕對值大于滯環(huán)寬度h時(shí)，VO與iO共同影響k的大小。即分配因子k的大小主要由中線電流iO方向和中點(diǎn)電位VO的變化方向決定，具體為：（3.15）對中點(diǎn)電位平衡因子的控制規(guī)律總結(jié)如下表所示，當(dāng)中點(diǎn)電位大小超出滯環(huán)寬度時(shí)，我們可以對應(yīng)地去調(diào)整正負(fù)小矢量的作用時(shí)長，使得C1、C2兩電容進(jìn)行充放電，使得偏差控制在脈寬范圍內(nèi)，k值為0。表3.2k值控制規(guī)律表傳統(tǒng)的中點(diǎn)電位平衡控制方法，即分配因子法，具有以下幾種特點(diǎn)，在應(yīng)用時(shí)值得注意：控制方法比較簡單，效果好、響應(yīng)快，輸出的電壓諧波量較少；引入滯環(huán)寬度的大小要合理，若將滯環(huán)寬度設(shè)置過大時(shí)，控制效果會受到影響，中點(diǎn)電位得不到有效平衡；若將滯環(huán)寬度設(shè)置的過小時(shí)，逆變器中開關(guān)管開通關(guān)斷的頻率過高，器件損耗變大，壽命減小，系統(tǒng)維護(hù)成本升高。此外，在此基礎(chǔ)上，我們還可以從中點(diǎn)電位電荷角度來考慮，從周期開始時(shí)由電容電壓的偏差，計(jì)算出電荷偏差，可以得到需要注入或者抽出的中點(diǎn)電荷量，實(shí)現(xiàn)電位平衡。3.2.2改進(jìn)型LCL濾波器的引入對中點(diǎn)電位的影響第二章我們詳細(xì)分析了改進(jìn)型LCL濾波器的引入對于抑制高頻共模電流具有顯著的效果，但是由于我們將LCL濾波器的濾波電容的公共點(diǎn)回接到了直流側(cè)中點(diǎn)，則勢必會對直流側(cè)中點(diǎn)平衡造成影響，主要由于：將LCL濾波器回接到三相電流的輸入端，相當(dāng)于為三相橋臂電流注入零序分量，使得三相橋臂電流之和不再為0，使得電路在一對小矢量狀態(tài)作用時(shí)對于中點(diǎn)電位的影響不再可以相互抵消，如當(dāng)小矢量ONN和POO為一對冗余小矢量，當(dāng)小矢量ONN作用時(shí)，中線電流inpo=iA;當(dāng)小矢量POO作用時(shí)，中線電流inp1=iB+iC=iO-iA,不等于inpo。示意圖如下：圖3.4小矢量ONN圖3.5小矢量POO即采用了LCL濾波器后，在一對冗余小矢量作用下的電路中線電流不再完全相反，此時(shí)直流側(cè)中點(diǎn)電位的大小不再由中線電流inp單獨(dú)影響，而是由中線電流inp和注入的零序電流io共同影響，此時(shí)流入流出中點(diǎn)的電荷量計(jì)算公式如下：（3.16）此時(shí)，傳統(tǒng)的滯環(huán)分配因子法在該電路中點(diǎn)電位平衡控制時(shí)不再適用，下文對它進(jìn)行修正，提出一種廣義的分配因子法。3.3.2廣義的分配因子法定義SN為表示三相橋臂開關(guān)狀態(tài)的函數(shù)，N值為2、1、0，分別表示橋臂的開通狀態(tài)分別為+Vdc/2、0、-Vdc/2;則中線電流inp的表達(dá)式為：（3.17）下表為引入改進(jìn)型LCL濾波器后冗余小矢量與對應(yīng)中線電流值的修正后的版本：表3.3冗余小矢量與對應(yīng)中線電流值對應(yīng)表由上面推導(dǎo)可知，流出中點(diǎn)的電荷量np與中線電流和零序電流共同決定，在SVPWM算法中，我們將空間矢量圖分為6個(gè)扇區(qū)來計(jì)算，在這里我們也可以現(xiàn)計(jì)算出第一個(gè)扇區(qū)的電荷量Qnp，由對稱性計(jì)算出整個(gè)空間矢量圖Qnp的大小。當(dāng)參考電壓落在第一個(gè)扇區(qū)的B三角形區(qū)域時(shí)如圖，根據(jù)就近原則，輸出矢量的順序?yàn)?00-200-210-211-210-200-100,具體的七段式時(shí)序圖如下：圖3.6第一扇區(qū)合成參考矢量圖圖3.7輸出電壓矢量時(shí)序圖當(dāng)參考矢量位于第一扇區(qū)的B三角形時(shí)，一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)流出中點(diǎn)的電荷量大小為：（3.18）式中inp0=iA,inp1=0,inp2=iB,inp7=i0-iA；每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)直流側(cè)電容電壓偏差為Udm,在中點(diǎn)儲存的電量為：Qnp0=CUdm；為了使得中點(diǎn)電位平衡，要使每周期內(nèi)電容的充放電量相等：Qnp=Qnp0;在傳統(tǒng)的分配因子法中，小矢量作用時(shí)間t0’和t7’滿足下式：（3.19）式中t0表示小矢量總的作用時(shí)間。聯(lián)立上式，可以得到此時(shí)分配因子k的表達(dá)式為：（3.20）上式中，我們可以得到在引入改進(jìn)型LCL濾波器后廣義的分配因子的計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)精確地調(diào)節(jié)小矢量的作用時(shí)間，控制中點(diǎn)平衡。第四章仿真結(jié)果與分析為了驗(yàn)證引入改進(jìn)型LCL濾波器后，共模電流被有效抑制，以及使用廣義的分配因子法后，中點(diǎn)電位平衡得到了有效控制，我們利用了MATLAB的simulink模塊功能，搭建了含有改進(jìn)型LCL濾波器的非隔離型三相三電平逆變器的仿真模型，如圖：圖4.1逆變器共模電流的波形如上圖所示，可以看到共模電流的高頻分量被完全濾除，符合理論分析結(jié)果。上圖為引入LCL濾波器，采用廣義的分配因子法的共模電流、共模電壓和直流側(cè)中點(diǎn)電位的波形圖，可以看到，采用了廣義的分配因子法后，中點(diǎn)電位波動的問題得到了有效的解決。第五章總結(jié)與展望在這篇論文中，主要針對非隔離型二極管箝位型三電平逆變器的共模電流抑制問題和中點(diǎn)電位平衡問題做出了以下幾點(diǎn)努力：（1）積極查閱資料，大致了解了三電平逆變器的工作原理和其拓?fù)涓倪M(jìn)的必要性，并對其結(jié)構(gòu)和分類以及應(yīng)用現(xiàn)狀有了初步認(rèn)知。（2）利用了建模的方法分析了共模電流的成因，并建立了傳遞函數(shù)來初步推導(dǎo)出抑制方法的有效性，第一次將自控原理的知識與電力電子技術(shù)聯(lián)系到了一起，使得自己對自身的專業(yè)知識的認(rèn)知又大大地加深，同時(shí)也認(rèn)識到自身對于控制方法理解仍是不足，需要繼續(xù)鞏固認(rèn)識，多多通過應(yīng)用來錘煉自身能力。（3）系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了SVPWM調(diào)制策略的基本思想，對于其在調(diào)制方面的優(yōu)越性和靈活性也加深了認(rèn)知。但在完成這篇論文的過程當(dāng)中，仍舊有許多不足，主要體現(xiàn)在：（1）對自身能力認(rèn)知不足，讀文獻(xiàn)的方向性不強(qiáng)，讀完之后沒有及時(shí)復(fù)盤總結(jié)，只是泛泛理解便作罷，導(dǎo)致論文寫作的深度不夠，許多地方展開不足。（2）對工具軟件的使用不夠熟練，包括繪圖軟件以及仿真軟件，導(dǎo)致在基礎(chǔ)繪圖過程中浪費(fèi)了不少時(shí)間，相信在日后的科研訓(xùn)練中，能夠逐漸得到加強(qiáng)。（3）仿真數(shù)據(jù)存在匱乏，說服性不足，同樣也體現(xiàn)了自己對軟件的掌握程度有所欠缺。參考文獻(xiàn)：吳可麗.電平逆變器共模電壓抑[D].天津:天津大學(xué),2013.童鳴庭.三相T型三電平非隔離并網(wǎng)逆變器的研究[D].合肥:合肥工業(yè)大學(xué),2013.張興,邵章平,王付勝,劉萍.非隔離型三相三電平光伏逆變器的共模電流抑制[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2013,33(03).朱麗慧.三電平矩陣變換器調(diào)制策略的研究[D].吉林:東北電力大學(xué),2017.合肥工業(yè)大學(xué).一種三電平變流器不連續(xù)脈寬調(diào)制方法:中國,201811532066.X[P].2018-12-12.李珊珊.非隔離型三相三電平光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)共模電流抑制研究[D].北京:中國礦業(yè)大學(xué),2016.來璐.非隔離T型三電平光伏并網(wǎng)逆變器共模電壓抑制方法研究[D].西安:西安理工大學(xué),2016.戴文君.三電平光伏并網(wǎng)逆變器共模電壓抑制研究[D].合肥:合肥工業(yè)大學(xué),2014.宋平崗,沈友朋.改進(jìn)型無變壓器光伏并網(wǎng)逆變器的仿真研究[J].電源技術(shù),2012,36(10).王新春,鐘杰明,崔桂梅.葛仿臭氧發(fā)生器電源的魯棒控制技術(shù)研究[J].電子器件,2019,42(02).向薈羽,倪福銀.一種光伏逆變器的LCL濾波器設(shè)計(jì)[J].江蘇理工學(xué)院學(xué)報(bào):2019,25(06).張興.TL-Boost變換器/TL-NPC逆變器級聯(lián)系統(tǒng)的研究[D].南京:南京航空航天大學(xué),2014