T型三电平逆变器空间电压矢量调制技术研究

T型三电平逆变器空间电压矢量调制技术研究

摘要：T 型三电平逆变器的电路具有传导损耗低、器件数目少、成本低、输出波

形质量高等优点，是很有发展前景的一种三电平逆变器拓扑，因此本文以T型三电平光伏并网逆变器为研究对象。

关键词：T 型三电平逆变器，优点

1、三电平控制技术概述

对于要求比较高的电力电子系统中，PWM控制技术是系统所使用的是其共用技术也是其核心技术,把半导体器件的开通和关断作为条件，把直流电压变成一定形状的电压脉冲序列，这就是其基本原理，最后实现变频、变压并且有效地抑制和消除谐波。

对于PWM技术在三电平逆变器中的应用主要表现为两点：1、对输出电压要能进行约束,2、对逆变器自己的运行状况要能进行约束。

几种主要的控制策略：1、阶梯波脉宽调制法2、正弦脉宽调制法3、特定谐波消去法4、开关频率优化法5、空间电压矢量调制法。

以上几种方法中最后一种方法在应用上十分广泛。它在应用时相比于其他方法有以下几条优势：1、传导损耗低2、易于数字化3、输出波形质量高4、对于合理布局的空间电压矢量,能够使开关频率降低，由此导致开关损耗减少。

2、空间电压矢量分布

根据其电路结构图能够推出其中在每一相桥臂含有4个开关设备，这里用Sym 代表各个开关管和其对应的开关状况，这里 y= A / B/C， m = 1/ 2/3/ 4，Sym =1 表示相应的开关管开通，Sym =0则表示关断。根据前文的论述能够推出，每一相桥臂上的开关设备可以根据开关的不同组合得到不同的输出状况，可是无论怎样每一相中的开关设备Sy1 和Sy3以及Sy2以及Sy4必须是相互补充不可同时导通，初此之外开关设备Sy1 和Sy4不可以直接通过电路直接接通，所以可以得到所有开关状况中只有三个开关状况组合能够使用。

3、参考电压矢量合成原则

对于三电平逆变器输出图形的形状，要让其得以接近圆形，且最后得出的旋转磁通是圆形，这里可以利用的策略即为利用输出电平也即逆变器输出的值与其作用的时间进行有限次组合，由此使得多边形朝圆形无限接近。

这里参考电压矢量Vref是被三个基本电压空间矢量合成的即在一个采样周期内已被确定。这样根据伏秒平衡原理，对下列方程组等式两边能够得以成立即：这里对公式中的各个量作出解释T1、、T2、T3各自是V1、V2、V3 作用的时

间，Ts为采样周期。对于每一个合成参考电压矢量的基本矢量，它们发挥作用的时候所用的时间，此时能够利用后面的方程组加以计算得出来。

由每一个基本矢量与开关状况的相互对应的联系并综合参考其它方面的要求得以获得：对所有开关状况其它们输出的作用形式都可被推出。

这里对其选择合适的三个电压空间矢量即它们距离参考电压矢量是最近的用来合成旋转参考电压矢量，这是其调制算法的核心思想。

4、空间电压矢量调制算法

4.1扇区判断

（1）大扇区的划分：设电压参考矢量Vref 的幅值大小为|Vref |，相位为θ，在SVPWM 调制算法中，对于大扇区的划分依据，这里采用由上表中θ值的范围

划分大扇区区间即将正六边形电压空间矢量分布图划分是A、B、C、D、E、F 这六个大扇区，这里对于每一个大扇区作出说明它们的边长都是边长为|2Udc/3|的正三角形。

（2）小扇区的划分：这里具体的操作过程，首先把大扇区划分为四个正三角形，具体的方法即对各个大扇区内的各个个小矢量以及中矢量的末端终点，将它们相互连接在一起，然后在将四个正三角形划分为六个，具体的操作方法即利用中矢量，最后将会实现把各个大扇区划分为相对应的六个小扇区。

4.2矢量选择

矢量选择：由前文得以获得：Vref已被确定，在本节论述中合成Vref最适合的三个基本矢量也同样会被确定。这里由最近三矢量原则确定Vref顶点落在哪个三角形即距离Vref最近三个矢量顶点构成此三角形。

这里将对A扇区进行具体计算作为演示，这里给出假设条件，设V0,代表零矢量V000.111.222，VS1代表小矢量V100.211 ，VS2代表小矢量V110.221，VM 代表中矢量V210 ，VL1代表大矢量V200 ，VL2代表大矢量V220 。

4.3时间状态分配

由电压空间矢量分布状况得以获得：1、大矢量和中矢量与开关状况是一一对应；2、小矢量与两组开关状状况相互对应3、零矢量与三组开关状况相互对应。因这些多余小矢量及多余中矢量出现，由此导致在减少开关动作次数的控制策略方面，这里我们将会采用此方法即按照一定发波顺序进行控制开关器件开通关断状况。

由前文对逆变器工作状态分析得以推出：1、在一个采样周期内，开关状态要想实现让2与0两个状态之间进行变换，只能利用开关状态1来进行过渡，否则2与0之间不可以实现转换。2、为了防止在线电压的半周期内出现反极性脉冲，产生反向转矩，引起电磁噪声，任意一次开关状态变化时只能有一个桥臂进行开关动作[30]，即当每次的发波发生改变的时候，Sa，Sb，Sc这三个周期中只存在一位变化亦或是不发生改变。3、若利用对称式的发波顺序，则在一个采样周期内得以消除偶次谐波。因此由大扇区划分产生每一个小扇区内三个顶点中最少出现一个基本小矢量，又因小矢量对应开关状况出现次数比中矢量和大矢量出现的都多，所以采用此发波顺序优点很明显即无论Vref在哪，每个采样周期的起始矢量都得以利用基本小矢量，由此在减少开关损耗方面将会发挥很大作用。4、要让每一个基本矢量与其对应的作用时间和开关状况分配简单方便且相同，都得以选择采用负小矢量作为每个采样周期起始矢量。对于零矢量，我们可以由开关状况的作用次序来进行选择。

参考文献：

[1] 王长贵.新能源和可再生能源的现状和展望[C].太阳能光伏产业发展论坛论文集,2003,9

[2] 郭廷伟.太阳能的利用和前景仁[M].北京:科学普及出版社,1984[9] German Renewable Energy Act[OL].

[3] 赵玉文.21世纪我国光伏产业发展战略思考.合肥工业大学讲座,2002.