基于SPWM的Z源T型三电平逆变器中点平衡和升压控制
基于简化SVPWM的Z源三电平逆变器中点电位控制方法
基于简化SVPWM的Z源三电平逆变器中点电位控制方法王伟胜;陈阿莲;柴锦;邢相洋;张承慧【摘要】针对Z源中点钳位型(NPC)三电平逆变器存在中点电位不平衡问题,在分析中点电位平衡控制机理的基础上,基于简化的三电平空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术,提出一种有利于直通信号注入的中点平衡控制方法.该算法通过推导直通占空比、调制比以及平衡因子之间的关系,得到平衡因子的最优解,并实现Z源网络的恒压输出.所提中点平衡控制方法有效抑制了 Z 源 NPC 三电平逆变器的中点电位波动,易于实现 Z 源网络的升压控制,且控制算法简单.仿真及实验结果验证了该方法的有效性.%A neutral-point balancing method for Z source neutral point clamped (NPC) three-level inverter, based on simplified three-level space vector pulse width modulation (SVPWM), is proposed in this paper by analyzing the neutral-point balancing principle, which facilitates the injection of shoot through signals. The proposed method figures out the optimal solution of the balancing index, and realizes the constant voltage control of Z source output by deriving the relationship of the shoot-through ratio, modulation index and balancing index. It suppresses the fluctuation of neutral point efficiently, realizes the control of Boost voltage of Z source network conveniently, and simplifies the control algorithm. Simulation and experimental results verify the proposed neutral point control algorithm.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2018(033)008【总页数】9页(P1835-1843)【关键词】Z源;三电平逆变器;空间矢量脉宽调制;中点平衡【作者】王伟胜;陈阿莲;柴锦;邢相洋;张承慧【作者单位】山东大学控制科学与工程学院济南 250061;山东大学控制科学与工程学院济南 250061;山东大学控制科学与工程学院济南 250061;山东大学控制科学与工程学院济南 250061;山东大学控制科学与工程学院济南 250061【正文语种】中文【中图分类】TM4640 引言三电平逆变器具有器件开关损耗小、电压变化率低、输出波形质量高等优点，在高电压、大功率场合已得到广泛应用。
t型三电平逆变器中点平衡电路
t型三电平逆变器中点平衡电路T型三电平逆变器由两个半桥逆变器组成，每个半桥逆变器由两个开关管和两个电容组成。
其中一个半桥逆变器的电容连接在直流电源的正极，另一个半桥逆变器的电容连接在直流电源的负极。
逆变器的交流输出由两个半桥逆变器的输出端连接而成。
中点平衡电路则位于两个半桥逆变器的电容之间，其作用是平衡两个电容的电压，从而确保逆变器的正常工作。
中点平衡电路通常由电阻、电容和开关管组成。
当两个半桥逆变器的开关管切换时，电容上的电压会发生变化。
中点平衡电路通过控制开关管的导通和截止，将电容上的电压保持在一个合适的范围内，避免电容电压过高或过低导致逆变器的故障。
在T型三电平逆变器中，中点平衡电路的设计和控制至关重要。
合理选择电阻和电容的数值，能够有效平衡电容电压，提高逆变器的性能和稳定性。
同时，中点平衡电路的控制策略也需要考虑逆变器的工作条件和负载要求。
例如，在逆变器输出电压需要调节的情况下，中点平衡电路需要相应地调整电容电压，以实现输出电压的精确控制。
T型三电平逆变器中点平衡电路的应用十分广泛。
它可以用于工业领域中的电力变换和变频调速系统中。
逆变器将直流电源转换为交流电源，使得电动机等交流负载能够得到驱动。
中点平衡电路的存在确保了逆变器的正常工作，提高了系统的可靠性和稳定性。
此外，中点平衡电路还可以减小逆变器的谐波失真，提高电能的质量，降低对电网的干扰。
T型三电平逆变器中点平衡电路是该逆变器中的重要组成部分，它通过平衡电容电压，确保逆变器的正常工作。
中点平衡电路的设计和控制对于逆变器的性能和稳定性至关重要。
该电路在电力转换和变频调速系统中有着广泛的应用。
通过对中点平衡电路的研究和优化，我们可以进一步提高逆变器的效率和可靠性，推动电力电子技术的发展。
三电平中点箝位型逆变器中点电压平衡和控制方法研究
第23卷 第6期 电子测量与仪器学报 Vol. 23 No. 6 · 74 ·JOURNAL OF ELECTRONIC MEASUREMENT AND INSTRUMENT2009年6月本文于2008年4月收到。
*基金项目: 安徽省“十一五”科技攻关(编号: 06012143H)资助项目; 合肥工业大学科研发展基金(编号: GDBJ2008-046)资助项目。
更多电子资料请登录赛微电子网三电平中点箝位型逆变器中点电压平衡和控制方法研究*胡存刚1 王群京1,2 严 辉3 杨 益3(1. 合肥工业大学电气与自动化工程学院, 合肥 230009; 2. 安徽大学电子科学与技术学院, 合肥 230039;3. 安徽建筑工业学院电子与信息工程学院, 合肥 230022)摘 要: 建立了三电平中点箝位型逆变器中点电压的数学模型; 分析了在不同的负载条件下, 传统的最近三矢量合成方法中点电压存在不能平衡的区域; 利用合成空间矢量的调制方法, 实现了对中点电压的有效控制。
为了在扇区切换时输出矢量平稳过渡, 提出了在每个大区内全部采用相同首发小矢量的方法。
用MATLAB/Simulink 仿真研究了中点电压平衡控制的效果, 并用MOSFET 搭建了三电平逆变器实验电路模型, 对中点电压平衡控制效果进行了验证。
实验结果证明了基于合成空间矢量的三电平NPC 逆变器中点电压平衡控制方法的有效性。
关键词: 中点箝位型逆变器；空间矢量调制；中点电压平衡；合成空间矢量 中图分类号: TM464 文献标识码: A 国家标准学科分类代码:Research on neutral-point potential balancing and control methodfor three-level NPC inverterHu Cungang 1 Wang Qunjing 1,2 Yan hui 3 Yang Yi 3(1. Hefei University of Technology, Hefei 230009, China; 2. Anhui University, Hefei 230039, China;3. Anhui Institute of Architecture & Industry, Hefei 230022, China )Abstract: A significant problem with neutral-point-clamped three-level inverters is the fluctuation in the neu-tral-point voltage. The mathematics model of neutral-point potential is developed while the neutral-point potential is unbalanced. In this paper the limitations of neutral-point potential balancing problem for different loading conditions of three-level neutral-point-clamped inverters is explored. And a novel modulation approach for the complete control of the neutral-point potential is introduced. The new modulation approach, which bases on the virtual space vector concept, guarantees the balancing of the neutral-point potential for any load over the full range of converter output voltage and for all load power factors. In order to avoid the abrupt change of output voltage vectors during the process of desired vector changing from one section to another, a novel space vector modulation algorithm is proposed, in which the same small vectors are adopted as first active vector. Some simulation and experiment results are given to validate the method.Keywords: neutral point clamped inverter; SVPWM; neutral-point potential balancing; synthetic-space-vector1 引 言中点电压平衡是多电平中点箝位型(neutral point clamped, NPC)逆变器的固有问题和研究热点。
基于SVPWM的三电平逆变器中点电压控制方法
基于SVPWM的三电平逆变器中点电压控制方法
张政华;裴云庆;陈锋;余贵强
【期刊名称】《电力电子技术》
【年(卷),期】2013(047)012
【摘要】为提高中点箝位(NPC)三电平逆变器的性能,针对电路中直流中点电压不平衡的问题,提出了一种基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)的精确中点电流控制方法.基于传统方法利用p型和n型小矢量对中点电流作用效果相反的原理,讨论了逆变器输出电流与电网电压同相和存在相位差时,各区域小矢量的分配比例和矢量合成方式的切换时刻.以该方法构成的直流侧中点电压控制环,可在理论的极限范围内消除中点电压的直流偏置及交流波动,实验结果证明了该方法的有效性.
【总页数】3页(P39-41)
【作者】张政华;裴云庆;陈锋;余贵强
【作者单位】西安交通大学,陕西西安710049;西安交通大学,陕西西安710049;西安交通大学,陕西西安710049;西安交通大学,陕西西安710049
【正文语种】中文
【中图分类】TM464
【相关文献】
1.一种基于SVPWM的三电平逆变器中点电压平衡控制策略 [J], 周翔宇;张国荣;
2.基于简化SVPWM的Z源三电平逆变器中点电位控制方法 [J], 王伟胜;陈阿莲;柴锦;邢相洋;张承慧
3.一种基于SVPWM的三电平逆变器中点电压平衡控制策略 [J], 周翔宇;张国荣
4.基于SVPWM的三电平逆变器中点电位控制方法研究 [J], 綦慧;刘雨杰
5.基于 Markov 链的三电平逆变器随机 SVPWM 控制方法 [J], 韩伟;周立丽因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于DPWM的T型三电平逆变器中点平衡研究
基于DPWM 的T 型三电平逆变器中点平衡研究郭利辉（许昌学院电气（机电）工程学院，河南许昌461000）摘要：T 型三电平逆变器广泛应用于光伏发电设备。
本文提出一种新型DPWM （discontinuous pulsewidth modulation ，DPWM ）方法实现中点平衡控制。
T 型三电平逆变器的性能受到中点平衡的影响。
因此，直流侧电容电压需要控制平衡。
传统SVPWM 和注入零序分量通过改变零矢量实现中点平衡控制，但是上述方法开关损耗较大。
为此本文在DPWM 基础上通过改变调制波的作用角度实现中点平衡控制，而且上述方法能够降低开关损耗。
仿真和实验验证了新型DPWM 调制能够实现中点平衡控制和良好的输出电流波形。
关键词：T 型三电平逆变器；DPWM ；中点平衡控制中图分类号：TM614文献标识码：A文章编号：1001-7119（2016）11-0132-05Research on Neutral Point Balancing in Three-Level T-Type InvertersBased on DPWMGuo Lihui（School of Electrical （Electro-mechanical ）Engineering ，Xuchang University ，Xuchang 461000，China ）Abstract ：Three-level T-type inverter is widely used in the PV generating equipment.In this paper,a new type of DPWM (discontinuous pulse width modulation,DPWM)is proposed to balance the neutral-point (NP)potential.The performance of the T-type three level inverter is affected by the midpoint balance.Therefore,it is needed to control DC-link capacitor voltage balance.In the traditional SVPWMand injecting zero sequence components method,the balance point control is achieved through changing zero-vector.But the switching loss is large.On the base of DPWM,this paper realizes the balance of NP voltage by changing the angle of the modulation wave.This method can reduce the switching loss.The simulation and experiment verifies that this new DPWM modulation can realize the midpoint balance control and the good output current waveform is obtained.Keywords ：three-level T-type inverter (3LT2I)；DPWM ；neutral-point (NP)potential control收稿日期：2015-12-21基金项目：2016年度河南省科技厅科技攻关项目（162102210298）；2015年度河南省科技厅科技攻关项目（152102210342）；2015年河南省高等学校重点科研项目（15A470022）；2016年度许昌市科技发展计划项目；2016年度许昌学院科研基金项目（2016045）。
T型三电平并网变流器的中点电压不平衡控制分析
T型三电平并网变流器的中点电压不平衡控制分析孟祥伟;李征【摘要】为了对T型三电平中点电压不平衡进行控制,本文研究了中点电压不平衡的产生原理,并提出了一种在T型三电平并网变流器原有调制策略中加入均压算法的解决方案. 为了对这一平衡算法进行了验证,本文设计了一台基于TMS320F28335芯片的电池储能T型三电平功率转换系统.实际应用表明,该中点电压平衡算法是可行和有效的,满足了设计的要求.%In order to control the midpoint voltage unbalance for three-level T-Type converter , this paper studies the principle of the midpoint voltage unbalance, and we come up with a program which use a control algroithm in the original modulation strategy for three-level T-Type grid converter. In order to verify the control algroithm, we design a three-level T-Type PCS for battery storage based on TMS320F28335. As a result, the control algroithm for midpoint voltage unbalance is feasible and effective , and it can meet the design requirements.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2015(023)020【总页数】3页(P166-168)【关键词】T型三电平;变流器;中点电位不平衡;电池储能【作者】孟祥伟;李征【作者单位】东华大学信息科学与技术学院, 上海 201620;东华大学信息科学与技术学院, 上海 201620【正文语种】中文【中图分类】TN322.8在电力电子技术的飞速发展应用当中，已经越来越多的使用多电平电路，大容量高压的电池储能并网系统中，多电平比两电平电路有显著的优势，三电平电路会越来越多的使用在储能PCS中。
基于SVPWM的Z源三电平逆变器升压能力分析
ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｗ ｉ ｄ ｔ ｈ ｍｏ ห้องสมุดไป่ตู้ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｓ Ｖ Ｐ ＷＭ） ２种 Ｊ ． Ｚ源 三
１ Ｚ源 三 电平 逆 变器 的工作 原理
｛ Ｕ Ｌ １ ＝ ： Ｕ Ｌ 。 ２ ＝ ： Ｕ Ｌ 。
一
（ ）
与 ｚ源两 电平 逆 变 器 相 同 ， 电压 的 提 升 是 通
过逆 变桥 的桥 臂 直 通 实 现 的 ， 即在 常 规 电压 矢 量
之 间插入 直 通 矢 量． 三 电平 逆 变 器 要 求 相 电压 有 ｕ ｉ ／ ２、 ０、 Ｕ ｉ ／ ２三种 电平 ， 如 果 简 单地 将 ｚ源 两 电
属于 Ｓ Ｐ ＷＭ 方 式 ． Ｓ Ｖ Ｐ ＷＭ 方 法 因物 理 意 义 明 确 、 易 于数 字 化 实 现 等 优 点 而 得 到 广 泛 研 究 ， 文 献 ［ ７— ９ ］ 研究 了 ｚ源 三 电平 变 换 器 的 Ｓ Ｖ Ｐ ＷＭ 方
并具 有低 器 件 电压 应 力 、 输 出 波 形 畸 变 率 低 等 一 系列 优点 ， 在 电气 传动 、 新 能 源 发 电等领 域 有 着 广 阔 的应用 前 景 ． 但是 ， 与 两 电平 逆 变 器 一 样 ， 多 电 平逆 变器 也 属 于 降 压 型 变 换 器 ． 为 了获 得 更 高 的
Ｖｏ １ ． １ ２ Ｎｏ ． ６ Ｄｅ ｅ． ２０ｌ ３
１ ２月
文章编号 ： １ ６ ７ １ — ４ ２ ２ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ — ０ ０ ４ ９ － ０ ６
基于 Ｓ Ｖ Ｐ ＷＭ 的 ｚ源 三 电平 逆 变 器 升 压 能 力 分 析
基于SVPWM的三电平逆变器中点电压控制方法
（ Ｘ ｉ ’ ａ ｎ Ｊ ｉ ａ ｏ ｔ ｏ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｘ ｉ ’ ａ ｎ ７ １ ０ ０ ４ ９ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ） Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｈ ｅ ｕ ｎ ｂ ａ ｌ ａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｎ ｅ ｕ ｔ ｒ ｌ ａ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｉ ｓ ａ ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｐ ｈ ｅ ｎ ｏ ｍｅ ｎ ｏ ｎ ｏ ｆ ｎ ｅ ｕ ｔ ｒ ａ ｌ — ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ － ｃ ｌ ａ ｍｐ ｅ ｄ（ Ｎ Ｐ Ｃ ）ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ — ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｉ ｎ —
贡 献 一 半 直 流 电压 ．但 实 际 中可 能存 在 直 流 中点 电压 不 平 衡 现 象 【 ｌ ＿ 。若 不 能 有 效 控 制 ， 可 能 导 致
输 出三 相 电流 中包 含 低 次 谐 波 分 量 。电 压 超 过 器
件 的最 大 耐 压 值 ， 危及 开 关器 件 安全 。 Ｎ Ｐ Ｃ三 电平 中 点 电压 控 制 的主 要 方 案 有 滞 环 控 制 和零 序 电压注 入 两 种［ ３ ＿ 。滞环 控 制 操 作简 单 ， 但 不 能 精 确 控 制 到 直 流 母 线 电压 的一 半 ：零序 电
压 注 入 法 基 本 可 精 确 地 将 中 点 电位 误 差 控 制 到 零， 但控制算法复杂。 这 里 在 分 析 上述 方 法 的 基础
图 １ Ｎ Ｐ Ｃ三 电 平 电 路 拓 扑
Ｆ ｉ ｇ ．１ ｈｅ Ｔ ｔ ｏ ｐ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｆ ＮＰ Ｃ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ — ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ
T型三电平逆变器中点电压平衡策略研究
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｏ ｆ ｎ ｅ ｕ ｔ ｒ ａ ｌ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｐ ｏ ｔ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ ｕ ｎ ｂ ｌ ａ ａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ Ｔ － ｔ ｙ ｐ ｅ ｎ ｅ ｕ ｔ ｒ ａ ｌ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｃ ｌ ａ ｍｐ ｅ ｄ （ Ｔ Ｎ Ｐ Ｃ）ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ － ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｉ ｎ —
ａ ｒ ｅ ｂ ｕ ｉ ｌ ｔ ， ｈｅ ｔ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｅ ｘ ｐ ｅ ｉｍｅ ｒ ｎ ｔ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｎ ｅ ｕ ｔ ｒ ｌ ａ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｐ ｏ ｔ ｅ ｎ ｉ ｔ ａ ｌ ｃ ｏ ｕ ｌ ｄ ｂ ｅ ｂ ｌａ ａ ｎｃ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｈｅ
法 对 中点 电压 进行 控制 。 设计 了模糊 控制 器 ， 分 析 了平衡 因 子 的分配 原则 。搭 建 了仿 真模 型和 实验 平 台 ， 仿真 和 实验 结果 表 明所 设计 的模糊 控制 器能 很好地 控制 中点 电压 ， 减 小 了逆 变器输 出谐 波 。 关键 词 ： 逆变 器 ；中点箝位 ；模 糊控制 ห้องสมุดไป่ตู้中图分类号 ： Ｔ Ｍ４ ６ ４ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ０ — １ ０ ０ Ｘ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ４ — ０ ０ ２ ８ — ０ ３
第 ５ １ 卷 第 ４期
２ ０ １ ７ 年 ４ 月
电 力 电 子 技 术
Ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ
Ｖｏ １ ． ５ １ 。Ｎｏ ． ４ Ａ ｐ ｉ ｒ ｌ ２ ０ １ ７
t型三电平拓扑变流器中点电位平衡控制方法
t型三电平拓扑变流器中点电位平衡控制方法T型三电平拓扑变流器是一种常用的电力电子变换器，它具有高效率、高功率密度、低电磁干扰等优点，因此在工业、交通、航空等领域得到广泛应用。
然而，在实际应用中，由于电容电压不平衡、电感电流不平衡等因素的影响，T型三电平拓扑变流器中点电位可能会出现偏移，导致电路不稳定、损耗增加等问题。
因此，如何实现T型三电平拓扑变流器中点电位平衡控制是一个重要的研究方向。
一、T型三电平拓扑变流器中点电位偏移的原因在T型三电平拓扑变流器中，由于电容电压和电感电流的不平衡，会导致中点电位的偏移。
具体来说，当电容电压不平衡时，会导致中点电位偏向电容电压较高的一侧；当电感电流不平衡时，会导致中点电位偏向电感电流较大的一侧。
这些因素的影响会导致中点电位的偏移，从而影响电路的稳定性和效率。
二、T型三电平拓扑变流器中点电位平衡控制方法为了解决T型三电平拓扑变流器中点电位偏移的问题，可以采用以下几种方法：1. 传统的中点电位平衡控制方法传统的中点电位平衡控制方法是通过控制电容电压和电感电流的平衡来实现。
具体来说，可以采用电容电压平衡控制和电感电流平衡控制两种方法。
电容电压平衡控制是通过控制电容电压的大小和分布来实现中点电位的平衡；电感电流平衡控制是通过控制电感电流的大小和分布来实现中点电位的平衡。
这些方法可以有效地解决中点电位偏移的问题，但是需要较高的控制精度和计算复杂度。
2. 基于模型预测控制的中点电位平衡控制方法基于模型预测控制的中点电位平衡控制方法是一种先进的控制方法，它可以通过建立系统模型和预测模型来实现中点电位的平衡控制。
具体来说，可以采用模型预测控制器来实现中点电位的平衡控制。
该方法可以实现高精度的中点电位平衡控制，但是需要较高的计算复杂度和控制精度。
3. 基于无感知控制的中点电位平衡控制方法基于无感知控制的中点电位平衡控制方法是一种新型的控制方法，它可以通过无需传感器的方式实现中点电位的平衡控制。
一种基于模型预测控制的T型三电平逆变器中点电位平衡控制方法
一种 基于模 型预测 控制 的Ｔ 型三 电平逆变 器中点 电位平衡控制方法
２ ０ １ ５ ￣９ 月
１ 引言
三 电平逆 变 器具有 输 出 电压 谐 波含量 低 、 电压
变 化 率 小 、Ｅ ＭＩ 小 等 优 点 ， 目前 在 中 高 压 大 功 率 场
２ 三 电平 逆变器 的数学 模型
正 负进 行判 定 ，繁琐 的计算 不仅 耗 费时 间 ，还 占用 大 量的 存储 空 间。预测 控 制技术 是一 种线 性控 制方
法 ，其动态 响应快 、控 制精度 高、易于数字化 实现 。 文献 ［ ４ 】 将 预 测 电流 控 制方 法 应 用于 两 电平 电压源
型逆 变 器 ，该 方法 能够 有效 地控 制 负载 电流 ，具 有
Ｆ ｉ ｇ ． １ Ｓ ｃ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｔ － ｔ ｙ ｐ ｅ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ — ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｉ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｔ ｏ ｐ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
器Ｈ ＶＤ Ｃ系统 ，提 出了一种 模块 化 的模型预 测控制
２ ． １ Ｔ型三 电平逆 变器的数学 模型 Ｔ型三 电平 光伏 并 网逆 变 器的 电路拓 扑 结构 如
图 １ 所 示 … ，在此 用一 个直 流 电压源 代替 光伏 电池
合具 有 十分 重要 的应 用 。二极管 钳位 型 三 电平逆 变 器是 目前工 业应 用 最广泛 的一种 拓 扑结 构 ，Ｔ型 三 电平 拓扑是 在 二极 管钳位 型 三 电平 逆变 器 的基础 上 改进 而来 的 ，其 电路 每一 桥 臂上减 少 了两个 钳位 二极 管 ，降低 了导通 损耗 ，减 少了逆 变 器体 积 ，是 很 有发 展前 景 的一种 逆 变器 拓扑 雎 ］ 。但三 电平 中点 钳位 型 逆变 器 电路结 构存 在直流 侧 中点 电位会 产生
基于SPWM的Z源T型三电平逆变器中点平衡和升压控制
贾宇向 1，李润娟 1，刘
（1.河南广播电视大学 机电工程系，河南 郑州
涛2
450000；2.山东大学 电气工程学院，山东 济南
250061）
要：由于 Z 源三电平中点钳位（NPC）逆变器存在无源器件多的缺点，采用 Z 源 T 型三电平逆变器拓扑，该拓扑具有
摘
Z 源 NPC 逆变器相同的升压特性，但是开关器件数目较少，效率高。以电压源型 Z 源三电平 T 型逆变器为例，对同相电压偏
Abstract：The Z ⁃ source three ⁃ level neutral point clamped （NPC） inverter has the disadvantage of more passive compo⁃
nents. The topology of Z ⁃source T ⁃type three ⁃level inverter is adopted，which has the same boost characteristics with Z ⁃source
移（PD）和 反 相 电 压 偏 移（APOD）方 法 进 行 分 析 ，研 究 发 现 采 用 PD 的 方 法 可 以 减 少 开 关 次 数 ，降 低 开 关 损 耗 。 在 Matlab/
Simulink 下，建立 Z 源 T 型三电平逆变器 PD 模型，仿真结果表明，采用 PD 方法能够获得较好的波形质量，并针对 T 型三电平
件，在工作过程中还产生大量的开关损耗，降低系统效
断提升，提高电能质量、减少谐波污染、提高发电系统的
开 关 应 力 小 、电 磁 干 扰（Electro Magnetic Interference，
EMI）少等优点，已经在分布式电源及微电网领域得到
T型三电平逆变器中点电压平衡控制
T型三电平逆变器中点电压平衡控制叶满园;韩祥鹏【摘要】针对T型三电平逆变器拓扑的中点电压不平衡的问题,提出了一种基于时间分配因子的调节方法来控制中点电压的平衡.分析了其输出电压和开关状态的对应关系及换流过程,研究了空间矢量脉冲调制(SVPWM)方法的调制原理和实现方式,通过调整正负小矢量的时间分配因子实现对中点电压的精确控制.最后在Matlab 下建立以T型三电平逆变器拓扑的SVPWM的仿真模型,仿真结果证实了所提出的基于分配因子法的SVPWM是可行的,能有效地抑制中点电压的波动.【期刊名称】《电力系统及其自动化学报》【年(卷),期】2018(030)009【总页数】6页(P16-21)【关键词】T型三电平逆变器;PI调节;分配因子法;空间矢量脉冲调制;中点电压平衡【作者】叶满园;韩祥鹏【作者单位】华东交通大学电气与自动化工程学院,南昌330013;华东交通大学电气与自动化工程学院,南昌330013【正文语种】中文【中图分类】TM464相对于传统的两电平逆变器，三电平逆变器具有输出电压谐波含量小、dv/dt小、电磁干扰小等优点，在中高压大功率逆变器的领域得到广泛应用。
目前流行的三电平逆变器拓扑结构有二极管箝位型、飞跨电容型和H桥级联型等[1]。
T型三电平逆变器是一种基于二极管中点箝位型三电平逆变器的改进拓扑。
在T型逆变器中，每相桥臂通过反向串联的开关管来实现中点箝位功能，使逆变器输出电压具有3种电平。
该拓扑与二极管中点箝位型三电平拓扑相比，器件更少、损耗更小、输出电压谐波更小、效率高[2]，是一种很有发展前景的拓扑。
目前应用于T型三电平逆变器的脉宽调制PWM（pulse width modulation）方法主要有：正弦载波脉宽调制法、特定谐波消除脉宽调制法和空间矢量脉宽调制法SVPWM（space vector pulse width modulation）。
正弦载波脉宽调制法操作简单、易于实现，但是其存在电压利用率低的缺点。
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基于SPWM的Z源T型三电平逆变器中点平衡和升压控制作者：贾宇向李润娟刘涛来源：《现代电子技术》2016年第21期摘要：由于Z源三电平中点钳位（NPC）逆变器存在无源器件多的缺点，采用Z源T型三电平逆变器拓扑，该拓扑具有Z源NPC逆变器相同的升压特性，但是开关器件数目较少，效率高。
以电压源型Z源三电平T型逆变器为例，对同相电压偏移（PD）和反相电压偏移（APOD）方法进行分析，研究发现采用PD的方法可以减少开关次数，降低开关损耗。
在Matlab/Simulink下，建立Z源T型三电平逆变器PD模型，仿真结果表明，采用PD方法能够获得较好的波形质量，并针对T型三电平逆变器固有的中点不平衡，提出了注入零序分量实现中点平衡控制。
通过实验验证了所提方法的有效性。
关键词： Z源； T型逆变器；同相电压偏移；反相电压偏移；中点平衡中图分类号： TN919⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2016）21⁃0153⁃06 Neutral point balance and boost control of Z⁃source T⁃type three⁃level inverterbased on SPWMJIA Yuxiang1， LI Runjuan1， LIU Tao2（1. Department of Electrical Engineering， Henan Radio & Television University，Zhengzhou 450000， China；2. School of Electrical Engineering， Shandong University， Jinan 250061， China）Abstract： The Z⁃source three⁃level neutral point clamped （NPC） inverter has the disadvantage of more passive components. The topology of Z⁃source T⁃type three⁃level inverter is adopted， which has the same boost characteristics with Z⁃source NPC inverter， but has less quantity of switching devices and higher efficiency than those of Z⁃source NPC inverter. TakingZ⁃source three⁃level T⁃type inverter as an example， the methods of phase disposition （PD）and alternative phase opposition disposition （APOD） are analyzed. The study found that the PD method can reduce the switching frequency and switching loss. The PD model of Z⁃source T⁃type three⁃level inverter was established with Matlab/Simulink. The simulation results show that the PD method can obtain preferable waveform quality. To solve the inherent neutral point imbalance ofT⁃type three⁃level inverter， the method of injecting zero⁃sequence component to control theneutral point balance is put forward. The effectiveness of the proposed method was verified with an experiment.Keywords： Z⁃source； T⁃type inverter； phase disposition； phase opposition disposition；neutral point balance0 引言随着分布式电源的迅速发展及其在效率要求的不断提升，提高电能质量、减少谐波污染、提高发电系统的效率已经成为逆变设备的必要条件。
三电平变换器（见图1）相比于传统的两电平逆变器具有谐波少、耐压高、开关应力小、电磁干扰（Electro Magnetic Interference，EMI）少等优点，已经在分布式电源及微电网领域得到广泛应用。
然而对于燃料电池、光伏电池等分布式电源的输出电压并不是恒定的，无法实现较宽直流电压范围的变流功能和得到较高的交流输出电压[1⁃3]。
为了满足直流母线较宽的电压范围，文献[4]加入了DC/DC变换器，即采用两级结构。
然而此变换器不仅需要较多的功率器件，在工作过程中还产生大量的开关损耗，降低系统效率。
为了减少因DC/DC多电平变换器开关损耗对系统效率的影响，采用Z源多电平变换器是一种理想的选择。
文献[5]提出了一种Z源中点钳位（Neutral Point Clamped，NPC）逆变器，它由两个独立的直流电源、两个Z源和一个三电平NPC逆变电路组成。
Z源的引入使直通成为一种正常的工作状态，通过控制直通占空比，Z源三电平NPC逆变器可以实现升压功能，且不用控制死区时间，可以防止输出电流波形畸变。
桥臂直通不会引起功率器件的损坏，可靠性明显增加。
虽然Z源给二极管中点钳位逆变器的性能带来了改善，但是该电路拓扑存在储能元件多，硬件成本高等缺点。
文献[6]在上述研究的基础上提出了一种单Z源的二极管中点钳位（Neutral Point Clamped，NPC）逆变器，该逆变器可以实现同样的升压和逆变功能。
因此，Z源三电平NPC逆变器相对于传统三电平NPC逆变器优势明显，前景十分广阔。
文献[7⁃8]对Z源NPC逆变器提出新的工作模式，该模式可以改善波形质量和具有最少的开关切换。
然而，Z源NPC逆变器需要无源器件太多，效率低、损耗大。
为此文献[9]提出一种新的基于Z源三电平T型逆变器的拓扑，如图2所示。
Z源三电平T 型逆变器结合Z源两电平逆变器低传导损失和Z源三电平NPC逆变器（如图2）低开关损耗和输出波形质量好的优点。
该逆变器不仅能实现升压功能，而且具有较少的无源器件，能够产生和Z源三电平NPC逆变器相同的波形质量（参数相同时）和电压增益。
该逆变器能够很好地实现升压和逆变的功能。
通过仿真和实验验证了本文提出控制方案的合理性和可行性。
1 T型逆变器拓扑结构1.1 T型逆变器工作原理1.2 控制方式由分析可知，载波反相SPWM控制方式符合上述条件，具体控制方式如下。
调制波为三相正弦波，即：[ura=sinωturb=sinωt-120°urc=sinωt-240°] （1）载波CA1和CA2为在相位上相差180°的三角波，如图3所示。
以a相为例，开关序列生成方式如下：（1）如果[Ura>CA1]并且[Ura>CA2，]则开关序列（Sa1，Sa2，Sa3，Sa4）=（1，1，0，0）=P。
Sa1开通时，虽然Sa2开通，但是没有电流流过Sa2，Sa3，Sa4关断。
因此[Va0=Vdc2。
，]其中[Vin=Vdc。
]（2）如果[Ura（3）如果[UraCA2，]则开关序列（Sa1，Sa2，Sa3，Sa4）=（0，1，1，0）=OA。
Sa2开通，Sa1，Sa3，Sa4关断。
因此[Va0=0。
]（4）如果[Ura>CA1]并且[Ura2 Z源T型逆变器拓扑结构及工作原理Z源三电平T型逆变器的拓扑结构如图2所示。
图中[Vin]为输入电源电压[Vin=Vdc；][O]为中点；二极管[D1，D2]在直通状态起反向阻断作用；Z源的2个电感电容相等，即[L1=][L2，][C1=C2。
]非直通电压状态等效电路如图4所示。
上直通状态时，二极管承受反向压降而截止，等效电路如图5所示。
下直通状态等效电路如图6所示。
假设Z源T型逆变器在一个开关周期[T]内的直通时间为[Ds，]非直通时间为[1-Ds，]因此在一个开关周期内通过电感两端的平均电压为0：[2E-Vc⋅TN+E⋅TUT=0] （2）[TN+TU+TL=T] （3）逆变桥的输出电压[Vi]在非直通条件下为：[Vi_NST=2E1-TULSTT] （4）逆变桥的输出电压[Vi]在直通条件下为：[Vi_UST=Vi_LST=E1-TULSTT] （5）因此，逆变器输出相电压峰值可以表示为：[VXO=M3⋅Vi_NST] （6）[VXO=11-TULSTT⋅M3（2E）=BM3（2E）] （7）式中：[M]为调制比；[B]为升压比。
由式（7）可知，当[B=1]时，Z源三电平T型逆变器工作在传统降压模式；当[B>1]时，则工作在升压模式。
3 Z源三电平T型逆变器升压控制方法文献[7]对PD和APOD方法进行分析，研究发现采用PD的方法可以减少开关次数，降低开关损耗。
因此本文采用PD方法实现升压控制。
为了得到[T0]的直通状态，需要在调制波的垂直方向增加[T0T，]在水平方向得到直通时间。
在任意时刻，对调制信号的[Vmax]增加[T0T]的垂直偏移，同时对调制信号的[Vmin]减少[T0T]的垂直偏移，从而保持调制信号的[Vmid]不改变。
从而得到Z源三电平T型逆变器所需要的直通占空比。
为了增加直流电压的利用率，在原始的正弦波信号的基础上注入零序分量[7][U0]。
由以上分析可以得出控制Z源三电平T型逆变器所需的调制信号为：[U0=-0.5max（Ua，Ub，Uc）] （8）[Umax（X1）=Umax+U0+T0TUmax（X2）=Umax+U0Umid（X1）=Umid+U0+T0TUmid （X2）=Umid+U0Umin（X1）=Umin+U0+T0TUmin（X2）=Umin+U0] （9）图7在传统三电平逆变器的开关周期内的两端加入上直通，在中间加入下直通。
如图7所示，V（0⁃1⁃1）作用时间内，A相为0电平，满足上直通的条件，因此A相由（0110）⁃（1110）⁃（1100），B相和C相保持不变。
V（100）作用时间内，B，C两相都可以产生下直通，但是V（100）的前一个状态是V（10⁃1），若选择B相直通会产生过多的开关动作，因此选择C相产生下直通是理想选择。