【CN109687747A】基于零序电压注入的T型三电平逆变器中点电位平衡与容错控制方法【专利】
三电平逆变器中点电位平衡电路的设计与仿真概要
收稿日期:2004-02-24作者简介:陶生桂(1940-,男,江苏常熟人,教授,博士生导师.E2mail:hb9139@三电平逆变器中点电位平衡电路的设计与仿真陶生桂,龚熙国,袁登科(同济大学沪西校区电气工程系,上海 200331摘要:多电平逆变器在中高压大功率场合得到了广泛的研究和应用.二极管中点箝位三电平逆变器是一种简单实用的多电平逆变器,但是三电平逆变器直流侧中点电位偏移问题影响着逆变器及其电机调速系统的可靠性.为此提出了一种用于三电平逆变器中点电位平衡的硬件电路,详细介绍了其工作原理以及参数设定,并用Matlab/Simulink 仿真工具对系统进行了研究,给出了较好的仿真结果.关键词:三电平逆变器;中点电位平衡;二极管箝位中图分类号:TM 464 文献标识码:A 文章编号:0253-374X(200503-0395-05Design and Simulation of Nove l Circuit for Neutral 2PointVoltage Balance in Three 2Level InverterTAO Sheng 2gui,GON G Xi 2guo,YUAN Deng 2ke(Department of Electrical Engineering,Tong ji University West Campu s,Shanghai 200331,ChinaA bstract :The multilevel inverter has been studied and used widely in high power applications for medium or high voltage.Diode 2clamped three 2level inverter is a simple and practical kind of inverter.But the deviation of neutral point voltage is one of the keyaspects that affects the reliability of the three 2level inverter and its electric drive system.T his paper presents a novel circuit for neutral 2point voltage balance in the three 2level inverter.The operation principle and parameters setting are analyzed indetail.Simulation results based on Matlab/Simulink are supplied to confirm the validity of the pro 2posed circuit.Key words :three 2level inverter;neutral 2point voltage balancing;diode 2clamped近几年来,多电平逆变器成为人们研究的热点课题.三电平逆变器是多电平逆变器中最简单又最实用的一种电路.三电平逆变器与传统的两电平逆变器相比较,主要优点是:器件具有2倍的正向阻断电压能力,并能减少谐波和降低开关频率,从而使系统损耗减小,使低压开关器件可以应用于高压变换器中[1].但是三电平逆变器控制策略复杂,并要考虑中点电位平衡的问题.若逆变器直流母线上串联的2个电容的中点电压出现偏移,将引起三电平逆变器输出电压波形发生畸变而增大谐波及损耗[2].抑制三电平逆变器中点电位偏移的方法有硬件和软件两类.从软件出发将会增加控制的复杂性.笔者提出了一种抑制三电平逆变器中点电位偏移的硬件电路的实现方法.详细介绍了其工作原理和电路设计,第33卷第3期2005年3月同济大学学报(自然科学版JO U RNAL O F TONGJI U NIV ERS ITY(N ATURAL SCIENCEVol.33No.3 Mar.2005并用美国MATH Works 公司推出的交互式仿真软件Matlab/Simulink 进行了研究,给出了较好的仿真结果.1 三电平逆变器及中点电位偏移原理三电平逆变器主电路结构如图1所示.其中V X1~V X4分别为X(X=A,B,C相上的电力电子器件绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT;D X1~D X4为与其反并联的续流二极管;D X 5,D X 6为相应各相的箝位二极管;P,N 为直流侧正、负电压母线;O 为中性点;C 1,C 2为直流侧的分压电容;U A ~U C 为逆变器的三相输出电压;U dc 为直流侧电压;i C1和i C2分别为流经C 1和C 2的电流;i NP 为流经中性点的电流.以X 相为例说明三电平逆变器的工作原理为:V X1和V X2导通时X 相输出正电平;V X3和V X 4导通时,X 相输出负电平;V X 2和V X3导通时,X 相输出零电平.因此,逆变器交流侧每相输出电压相对于直流侧电压有三种取值的可能,这正是三电平逆变器名称的由来.图1 绝缘栅双极型晶体管IGBT 三电平逆变器主电路原理图Fig.1 Main cir cuit schematic of insulated gate bipolartransistor thr ee 2level inverter三电平逆变器运行中会存在一个问题,即中点电位偏移,这是由于在直流侧中性点存在着流入或流出的中点电流i NP ,如图1所示.当某一相上输出为零电压时(V X2,V X 3管导通,中点电流使得直流侧电容分压产生失衡:当i NP 流出中点时,对C 1充电;当i NP 流入中点时,对C 2充电,若C 1,C 2的充放电过程不均衡,则中点电位就要发生偏移.由此可见,i C1X i C2或i NP X 0是产生中点电位偏移的必要条件,而零电压在此过程中起了重要影响.2 中点电位平衡电路设计及其工作原理笔者提出的中点电位平衡电路的主电路如图2所示.电路中T 1,T 2,T 3为IGBT 管,D 1,D 2为续流二极管,L 1,L 2为储能电感,C 1,C 2为分压电容.与普通抑制电路相比,该电路增加了一个IGBT 管T 3,通过控制T 3管的导通与关断,可以抑制直流侧电压U dc 不变情况下C 1,C 2端的电压变化,即使U dc 降低,该电路也能有效抑制中点电位的偏移.图2 中点电位平衡电路主电路Fig.2 Main cir cuit schematic of the neutr al 2pointvoltage ba lancing2.1 U dc 保持不变情形下的中点电位的平衡若U dc 保持不变,则U dc =U C1+U C2为常数,U C1增加必然导致U C2下降,同样U C1下降必然使U C2增加,因此可以通过调整直流侧两个分立电容的电压来平衡中点电位.为实现这一目标,使T 3始终处于导通状态,此时的等效电路如图3所示.图3 T 3导通时的等效电路图Fig .3 Equiv a lent cir cuit when T 3turns on这一电路由Boost 和Buck 变换器组成.T 1,D 1,L 1和C 2构成Buck 变换器;T 2,D 2,L 2和C 1构成Boost 变换器.电路的工作模式相应地分为Buck 变换模式和Boost 变换模式.这两种变换模式的工作状态应当互补.当U C1>U C2时,Buck 变换电路(T 1,D 1,L 1,C 2开始工作,与此同时,Boost 变换电路停止工作.Buck 变换模式中,是通过调整C 2两端的电压实现抑制中点电位偏移的.当T 1导通时,一方面在U dc 作用下,电流流经T 1,L 1,C 2,另一方面396同济大学学报(自然科学版第33卷电容C 1上的电压U C1经T 1与L 1构成回路,均使电感L 1储能;当T 1关断时,经C 2,D 1,L 1的回路将储存在L 1中的电能转换到C 2中,电容C 2充电,其上电压增大,直到C 1与C 2上的电压平衡.当U C2>U C1时,Buck 变换器不再工作,Boost 变换电路开始工作.由于U C2>U C1,C 2中的能量将间接转移到C 1中.当T 2导通时,一方面C 2上的电压U C2经L 2,T 2放电,能量存储在L 2中,另一方面U dc 经C 1和C 2重新分配电压;当T 2关断时,二极管D 2导通,存储在L 2中的能量通过D 2转移到C 1中.这样,在Boost 变换模式中,通过调整C 1两端的电压就可以抑制中点电位的偏移,直到U C1=U C2.2.2 直流侧电压U dc 降低情形下的中点电位的平衡当输入电源发生脉动导致U dc 减小至低于电压保护设定值时,图2所示电路中的T 3管关断,此时的等效电路如图4所示.Boost 和Buck 变换器同时工作,不仅使C 1,C 2上的电压平衡,而且使它们的电压之和等于所设定的U dc 值.Buck 变换器调整电容C 2两端的电压.T 1导通时,从U dc 流出的电流流经T 1,L 1,C 2,使L 1储能;T 1关断时,L 1中的能量转换到C 2中.与此同时,Boost 变换器将能量从C 2转换到C 1中,调整C 1两端的电压,其工作过程与上述Boost 变换模式相同.图4 T 3关断时的等效电路图Fig.4 Equivalent cir cuit when T 3tur ns off3 电路参数的设计3.1 开关功率管的设计文献[3]中已经证明:中点电流最大值近似等于逆变器的输出电流.笔者提出的平衡电路,中点电流最大值出现在T 1导通、储能电感L 1中电流线性增加过程中或出现在T 2导通、电流流经C 2对L 2储能的过程中.因此即使在中点电位偏移最大情形即中点电流最大时,流经T 1,T 2的电流应当与流过三电平逆变器中开关器件的电流值是相等的.另外不难看出,T 1,T 2的耐压值应当是三电平逆变器中开关器件耐压值的2倍.3.2 分压电容的设计每个分压电容承受直流侧电压的一半,因此对电容要求应当是电容的内压大于U dc /2的电解电容.为简单起见,完全可以将C 1,C 2设计为标称值相等的电容C ,由三电平逆变器的工作过程容易推出电容C 的计算公式为C =I NP max 2X NP U NPR(1式中:I NP max 为流经中点的电流最大值;X NP 为中点电位波动频率;U NPR 为中点电压变化的最大值.若设三电平逆变器三相输出电压电流的相位角为H 、调制深度为M 、输出角频率为X 、输出电流有效值为I ,则中点电位的偏移值U NP 可以计算出来,中点电压变化的最大值U NPR 也就很容易确定了.前已叙述,中点电流最大值近似等于逆变器的输出电流,因此流经中点的电流最大值I NP max 为I NP max =2I(2一般说,中点电位波动频率X NP 为逆变器输出频率X 的3倍,即X NP =3X(3结合式(1,(2,(3,容易计算出电容C 的内压.可以看出:电容的大小不仅与中点电流的最大值有关,还与中点电压波纹大小及中点电压频率有关.3.3 储能电感的设计在Buck 变换模式中,流过储能电感L 1的电流不能发生突变,只能近似线性地上升或下降.设开关周期为T ,开关管T 1导通时间为t on ,截止时间为t off ,占空比为k =t on /T .在开关管T 1导通时,忽略其饱和导通管压降,则L 1两端电压为U L1=U dc -U C2(4又U L1=L 1$I L1max /t on(5式中:$I L1max 为T 1导通期间储能电感L 1中流过电流增加量的最大值.由式(1,(2可解得L 1=U L1t on /$I L1max =(U dc -U C2t on /$I L1max(6T 1关断时,U C2=L 1$I c L1max /t off(7式中:$I c L1max 为T 1关断期间L 1中流过电流减小量的最大值.由$I L1max =$I c L1max ,可得397 第3期陶生桂,等:三电平逆变器中点电位平衡电路的设计与仿真U C2=kU dc(8将式(5代入式(3得L 1=1-kk U C2t on $I L1ma x =(U dc -U C2U C2T /U dc $I L1max =(U dc -U C1U C1T /U dc $I L1max(9在Boost 变换模式中,根据同样的道理.可得L 2的计算公式.为方便起见,同样可以将L 1,L 2设计为相同标称值的电感.3.4 开关频率及占空比的设计平衡电路的开关频率不能低于逆变器主电路开关频率,否则抑制中点电位偏移的效果将不明显.但是若平衡电路开关频率过高,则不仅使器件损耗增大,而且还会对主电路产生不利影响,干扰主电路的正常工作.一般取平衡电路的开关频率为逆变器主电路开关频率的2~4倍.占空比的设计应当满足使得在T 1动作的Buck 模式中,储能电感L 1中的能量完全转换到C 1中;在T 2动作的Boost 模式中,L 2中的能量完全转换到C 1中,因此占空比一般可以设计为40%~60%.4 建模仿真及其分析笔者在Matlab/Simulink 环境下建立了系统仿真模型,其中主要包括三电平逆变器和中点电位平衡电路的数字化仿真模型,分别如图5a 和b 所示.仿真模型中引入了时钟(Clock、正弦波(Sin Wave等信号源模块以及增益(K 、积分运算1/s 和微分d u /d t 等运算模块.数字仿真模型更多地使用了数字逻辑模块,完成诸如或(OR、非(NOT 和异或(NOR等逻辑运算.>=模块是一个关系运算模块,Selector 为一个选路器模块,eps 模块是一个设定值误差.大量复杂的运算是通过函数计算模块(Fcn来完成的.在图a 中,由信号源组合产生的控制信号通过一系列函数运算最终输出三电平逆变器的三相电压U A ,U B ,U C .在图b 中,输入为中性点电流和开关控制信号Sw1,Sw2,输出为U C1,U C2. 仿真参数为:三电平逆变器直流侧输入电压为530V,输出频率为10H z,采用双三角波(SPWM调制.控制电路中分压电容值为3300L F,储能电感值为3mH,开关频率为2kH z,占空比为50%.三相对称负载等效为58的纯阻性负载.图6给出了仿真波形.从仿真结果来看,应用该硬件电路来抑制2个串联电容中点电位偏移,能获得良好的效果.5 结论(1在多电平逆变器中,该方案为电容电压分配均匀提供了很好的参考方案.(2对低电压系统的性能改进是可加以考虑的方案,对高压大容量场合,要从系统出发,仔细核算其性价比.398同济大学学报(自然科学版第33卷图5 基于Matla b/Simulink 的仿真模型Fig.5 Simula tion models based on Matla b/Simulink图6 仿真波形Fig.6 Simulation waveforms参考文献:[1] Jouanne A,Shaoan Dai,H aoran Zhang.A multilevel inverter ap 2proach providi ng DC 2link balancing,ride 2through enhanment,and common 2mode voltage elimination [J ].IEEE Transactions on In 2dustrial Electronics,2002,8(4:739-745.[2] 邵丙衡.电力电子技术[M ].北京:中国铁道出版社,1997.SHAO Bing 2h eng.Power electronics technology[M].B eiji ng:Ch i 2nese Railway Publication,1997.[3] Pressman A I.Swi tching power supply desi gn [M ].New York: McGraw 2Hill,1998.(编辑:杨家琪399 第3期陶生桂,等:三电平逆变器中点电位平衡电路的设计与仿真。
三电平逆变器中点电位平衡电路的设计与仿真_陶生桂
收稿日期:2004-02-24作者简介:陶生桂(1940-),男,江苏常熟人,教授,博士生导师.E 2mail :hb9139@三电平逆变器中点电位平衡电路的设计与仿真陶生桂,龚熙国,袁登科(同济大学沪西校区电气工程系,上海 200331)摘要:多电平逆变器在中高压大功率场合得到了广泛的研究和应用.二极管中点箝位三电平逆变器是一种简单实用的多电平逆变器,但是三电平逆变器直流侧中点电位偏移问题影响着逆变器及其电机调速系统的可靠性.为此提出了一种用于三电平逆变器中点电位平衡的硬件电路,详细介绍了其工作原理以及参数设定,并用Matlab/Simulink 仿真工具对系统进行了研究,给出了较好的仿真结果.关键词:三电平逆变器;中点电位平衡;二极管箝位中图分类号:TM 464 文献标识码:A 文章编号:0253-374X (2005)03-0395-05Design and Simulation of Novel Circuit for Neutral 2PointVoltage Balance in Three 2Level InverterTA O S heng 2gui ,GON G Xi 2guo ,Y UA N Deng 2ke(Department of Electrical Engineering ,Tongji University West Campus ,Shanghai 200331,China )Abstract :The multilevel inverter has been studied and used widely in high power applications for medium or high voltage.Diode 2clamped three 2level inverter is a simple and practical kind of inverter.But the deviation of neutral point voltage is one of the key aspects that affects the reliability of the three 2level inverter and its electric drive system.This paper presents a novel circuit for neutral 2point voltage balance in the three 2level inverter.The operation principle and parameters setting are analyzed in detail.Simulation results based on Matlab/Simulink are supplied to confirm the validity of the pro 2posed circuit.Key words :three 2level inverter ;neutral 2point voltage balancing ;diode 2clamped 近几年来,多电平逆变器成为人们研究的热点课题.三电平逆变器是多电平逆变器中最简单又最实用的一种电路.三电平逆变器与传统的两电平逆变器相比较,主要优点是:器件具有2倍的正向阻断电压能力,并能减少谐波和降低开关频率,从而使系统损耗减小,使低压开关器件可以应用于高压变换器中[1].但是三电平逆变器控制策略复杂,并要考虑中点电位平衡的问题.若逆变器直流母线上串联的2个电容的中点电压出现偏移,将引起三电平逆变器输出电压波形发生畸变而增大谐波及损耗[2].抑制三电平逆变器中点电位偏移的方法有硬件和软件两类.从软件出发将会增加控制的复杂性.笔者提出了一种抑制三电平逆变器中点电位偏移的硬件电路的实现方法.详细介绍了其工作原理和电路设计,第33卷第3期2005年3月同济大学学报(自然科学版)JOURNAL OF TON G J I UN IVERSITY (NATURAL SCIENCE )Vol.33No.3 Mar.2005并用美国MA TH Works 公司推出的交互式仿真软件Matlab/Simulink 进行了研究,给出了较好的仿真结果.1 三电平逆变器及中点电位偏移原理 三电平逆变器主电路结构如图1所示.其中V X1～V X4分别为X (X =A ,B ,C )相上的电力电子器件———绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor ,IG B T );D X1～D X4为与其反并联的续流二极管;D X5,D X6为相应各相的箝位二极管;P ,N 为直流侧正、负电压母线;O 为中性点;C 1,C 2为直流侧的分压电容;U A ～U C 为逆变器的三相输出电压;U dc 为直流侧电压;i C1和i C2分别为流经C 1和C 2的电流;i NP 为流经中性点的电流.以X 相为例说明三电平逆变器的工作原理为:V X1和V X2导通时X 相输出正电平;V X3和V X4导通时,X 相输出负电平;V X2和V X3导通时,X 相输出零电平.因此,逆变器交流侧每相输出电压相对于直流侧电压有三种取值的可能,这正是三电平逆变器名称的由来.图1 绝缘栅双极型晶体管IGBT 三电平逆变器主电路原理图Fig.1 Main circuit schem atic of insulated gate bipolartransistor three 2level inverter 三电平逆变器运行中会存在一个问题,即中点电位偏移,这是由于在直流侧中性点存在着流入或流出的中点电流i NP ,如图1所示.当某一相上输出为零电压时(V X2,V X3管导通),中点电流使得直流侧电容分压产生失衡:当i NP 流出中点时,对C 1充电;当i NP 流入中点时,对C 2充电,若C 1,C 2的充放电过程不均衡,则中点电位就要发生偏移.由此可见,i C1≠i C2或i NP ≠0是产生中点电位偏移的必要条件,而零电压在此过程中起了重要影响.2 中点电位平衡电路设计及其工作原理笔者提出的中点电位平衡电路的主电路如图2所示.电路中T 1,T 2,T 3为IG B T 管,D 1,D 2为续流二极管,L 1,L 2为储能电感,C 1,C 2为分压电容.与普通抑制电路相比,该电路增加了一个IG B T 管T 3,通过控制T 3管的导通与关断,可以抑制直流侧电压U dc 不变情况下C 1,C 2端的电压变化,即使U dc 降低,该电路也能有效抑制中点电位的偏移.图2 中点电位平衡电路主电路Fig.2 Main circuit schem atic of the neutral 2pointvoltage b alancing2.1 U dc 保持不变情形下的中点电位的平衡若U dc 保持不变,则U dc =U C1+U C2为常数,U C1增加必然导致U C2下降,同样U C1下降必然使U C2增加,因此可以通过调整直流侧两个分立电容的电压来平衡中点电位.为实现这一目标,使T 3始终处于导通状态,此时的等效电路如图3所示.图3 T 3导通时的等效电路图Fig.3 Equivalent circuit when T 3turns on 这一电路由Boost 和Buck 变换器组成.T 1,D 1,L 1和C 2构成Buck 变换器;T 2,D 2,L 2和C 1构成Boost 变换器.电路的工作模式相应地分为Buck 变换模式和Boost 变换模式.这两种变换模式的工作状态应当互补.当U C1>U C2时,Buck 变换电路(T 1,D 1,L 1,C 2)开始工作,与此同时,Boost 变换电路停止工作.Buck 变换模式中,是通过调整C 2两端的电压实现抑制中点电位偏移的.当T 1导通时,一方面在U dc 作用下,电流流经T 1,L 1,C 2,另一方面693 同济大学学报(自然科学版)第33卷 电容C 1上的电压U C1经T 1与L 1构成回路,均使电感L 1储能;当T 1关断时,经C 2,D 1,L 1的回路将储存在L 1中的电能转换到C 2中,电容C 2充电,其上电压增大,直到C 1与C 2上的电压平衡.当U C2>U C1时,Buck 变换器不再工作,Boost 变换电路开始工作.由于U C2>U C1,C 2中的能量将间接转移到C 1中.当T 2导通时,一方面C 2上的电压U C2经L 2,T 2放电,能量存储在L 2中,另一方面U dc 经C 1和C 2重新分配电压;当T 2关断时,二极管D 2导通,存储在L 2中的能量通过D 2转移到C 1中.这样,在Boost 变换模式中,通过调整C 1两端的电压就可以抑制中点电位的偏移,直到U C1=U C2.2.2 直流侧电压U dc 降低情形下的中点电位的平衡当输入电源发生脉动导致U dc 减小至低于电压保护设定值时,图2所示电路中的T 3管关断,此时的等效电路如图4所示.Boost 和Buck 变换器同时工作,不仅使C 1,C 2上的电压平衡,而且使它们的电压之和等于所设定的U dc 值.Buck 变换器调整电容C 2两端的电压.T 1导通时,从U dc 流出的电流流经T 1,L 1,C 2,使L 1储能;T 1关断时,L 1中的能量转换到C 2中.与此同时,Boost 变换器将能量从C 2转换到C 1中,调整C 1两端的电压,其工作过程与上述Boost 变换模式相同.图4 T 3关断时的等效电路图Fig.4 Equivalent circuit when T 3turns off3 电路参数的设计3.1 开关功率管的设计文献[3]中已经证明:中点电流最大值近似等于逆变器的输出电流.笔者提出的平衡电路,中点电流最大值出现在T 1导通、储能电感L 1中电流线性增加过程中或出现在T 2导通、电流流经C 2对L 2储能的过程中.因此即使在中点电位偏移最大情形即中点电流最大时,流经T 1,T 2的电流应当与流过三电平逆变器中开关器件的电流值是相等的.另外不难看出,T 1,T 2的耐压值应当是三电平逆变器中开关器件耐压值的2倍.3.2 分压电容的设计每个分压电容承受直流侧电压的一半,因此对电容要求应当是电容的内压大于U dc /2的电解电容.为简单起见,完全可以将C 1,C 2设计为标称值相等的电容C ,由三电平逆变器的工作过程容易推出电容C 的计算公式为C =I NP max2ωNP U NPR(1)式中:I NP max 为流经中点的电流最大值;ωNP 为中点电位波动频率;U NPR 为中点电压变化的最大值.若设三电平逆变器三相输出电压电流的相位角为θ、调制深度为M 、输出角频率为ω、输出电流有效值为I ,则中点电位的偏移值U NP 可以计算出来,中点电压变化的最大值U NPR 也就很容易确定了.前已叙述,中点电流最大值近似等于逆变器的输出电流,因此流经中点的电流最大值I NP max 为I NP max =2I(2)一般说,中点电位波动频率ωNP 为逆变器输出频率ω的3倍,即ωNP =3ω(3)结合式(1),(2),(3),容易计算出电容C 的内压.可以看出:电容的大小不仅与中点电流的最大值有关,还与中点电压波纹大小及中点电压频率有关.3.3 储能电感的设计在Buck 变换模式中,流过储能电感L 1的电流不能发生突变,只能近似线性地上升或下降.设开关周期为T ,开关管T 1导通时间为t on ,截止时间为t off ,占空比为k =t on /T .在开关管T 1导通时,忽略其饱和导通管压降,则L 1两端电压为U L1=U dc -U C2(4)又U L1=L 1ΔI L1max /t on (5)式中:ΔI L1max 为T 1导通期间储能电感L 1中流过电流增加量的最大值.由式(1),(2)可解得L 1=U L1t on /ΔI L1max =(U dc -U C2)t on /ΔI L1max(6)T 1关断时,U C2=L 1ΔI ′L1max /t off(7)式中:ΔI ′L1max 为T 1关断期间L 1中流过电流减小量的最大值.由ΔI L1max =ΔI ′L1max ,可得793 第3期陶生桂,等:三电平逆变器中点电位平衡电路的设计与仿真U C2=kU dc (8)将式(5)代入式(3)得L 1=1-kkU C2t on ΔI L1max =(U dc -U C2)U C2T/U dc ΔI L1max =(U dc -U C1)U C1T/U dc ΔI L1max(9) 在Boost 变换模式中,根据同样的道理.可得L 2的计算公式.为方便起见,同样可以将L 1,L 2设计为相同标称值的电感.3.4 开关频率及占空比的设计平衡电路的开关频率不能低于逆变器主电路开关频率,否则抑制中点电位偏移的效果将不明显.但是若平衡电路开关频率过高,则不仅使器件损耗增大,而且还会对主电路产生不利影响,干扰主电路的正常工作.一般取平衡电路的开关频率为逆变器主电路开关频率的2～4倍.占空比的设计应当满足使得在T 1动作的Buck 模式中,储能电感L 1中的能量完全转换到C 1中;在T 2动作的Boost 模式中,L 2中的能量完全转换到C 1中,因此占空比一般可以设计为40%～60%.4 建模仿真及其分析笔者在Matlab/Simulink 环境下建立了系统仿真模型,其中主要包括三电平逆变器和中点电位平衡电路的数字化仿真模型,分别如图5a 和b 所示.仿真模型中引入了时钟(Clock )、正弦波(Sin Wave )等信号源模块以及增益(K )、积分运算1/s 和微分d u /d t 等运算模块.数字仿真模型更多地使用了数字逻辑模块,完成诸如或(OR )、非(NO T )和异或(NOR )等逻辑运算.>=模块是一个关系运算模块,Selector 为一个选路器模块,eps 模块是一个设定值误差.大量复杂的运算是通过函数计算模块(Fcn )来完成的.在图a 中,由信号源组合产生的控制信号通过一系列函数运算最终输出三电平逆变器的三相电压U A ,U B ,U C .在图b 中,输入为中性点电流和开关控制信号Sw1,Sw2,输出为U C1,U C2. 仿真参数为:三电平逆变器直流侧输入电压为530V ,输出频率为10Hz ,采用双三角波(SPWM )调制.控制电路中分压电容值为3300μF ,储能电感值为3mH ,开关频率为2kHz ,占空比为50%.三相对称负载等效为5Ω的纯阻性负载.图6给出了仿真波形.从仿真结果来看,应用该硬件电路来抑制2个串联电容中点电位偏移,能获得良好的效果.5 结论(1)在多电平逆变器中,该方案为电容电压分配均匀提供了很好的参考方案.(2)对低电压系统的性能改进是可加以考虑的方案,对高压大容量场合,要从系统出发,仔细核算其性价比.893 同济大学学报(自然科学版)第33卷 图5 基于Matlab/Simulink 的仿真模型Fig.5 Simulation models b ased on Matlab/Simulink图6 仿真波形Fig.6 Simulation w aveforms参考文献:[1] Jouanne A ,Shaoan Dai ,Haoran Zhang.A multilevel inverter ap 2proach providing DC 2link balancing ,ride 2through enhanment ,and common 2mode voltage elimination [J ].IEEE Transactions on In 2dustrial Electronics ,2002,8(4):739-745.[2] 邵丙衡.电力电子技术[M ].北京:中国铁道出版社,1997. SHAO Bing 2heng.Power electronics technology[M ].Beijing :Chi 2nese Railway Publication ,1997.[3] Pressman A I.Switching power supply design [M ].New Y ork :Mc Graw 2Hill ,1998.(编辑:杨家琪)993 第3期陶生桂,等:三电平逆变器中点电位平衡电路的设计与仿真。
T型三电平逆变器内管开路故障的中点电位平衡研究
电器与能效管理技术(2019NO. 16)⑪整流、逆变技术专題■研究与分析•T 型三电平逆变器内管开路故障的中点电位平衡研究**桂在毅(1994-),男，硕士研究生，研究方向为电力电子变流技术。
王沛东(1996-),男，硕士研究生，研究方向为新型电机与特种电机。
*基金项目：天长-合工大产业创新引导资金重点项目(JZ2019AHDS0002)—22 —张伟，桂在毅，王沛东，王第璨(合肥工业大学电气与自动化工程学院，安徽合肥230009)摘要：针对T 型三电平逆变器，分析了内管发生开路故障时的输出电平和换流方式,釆用了改进的两电平开关容错控制(I2LS-TC)和混合开关容错控制(HS-TC),并 通过零序电压注入的方法以平衡中点电位，给出了中点电位可平衡的必要条件。
根据该条件分析了两种容错方式下的中点电位平衡能力和可平衡区域，最后通过仿真和试验进行验证。
关键词：T 型三电平逆变器；容错策略；中点电位平衡；可平衡区域中图分类号：TM46 文献标志码：A 文章编号：2095-8188(2019)164X)2246DOI ： 10. 16628/j. cnki. 2095-8188. 2019. 16.004张伟(1994-),男，硕士研究生，研究方向为电力电子变流技术。
Neutral-Point Voltage Balance Study of Neutral-Point Switches Open-Fault in T-type Three-Level InverterZHANG Wei, GUI Zaiyi, WANG Peidong, WANG Juncan(College of Electrical and Automation Engineering , Hefei University of Technology , Hefei 230009, China)Abstract : For T-type three-level inverter,the output level and commutation mode are analyzed when the open fault occurs in neutral-point switches. The improved two-level switching tolerant control ( I2LS-TC ) and hybrid switching tolerant control ( HS-TC ) are implemented , a n d through the common mode voltage injection method to balance the neutral-point voltage. Then the necessary conditions for suppressing the neutral-point voltage unbalanceare proposed. According to this condition , the neutral-point balance ability and balanceable area of the two fault-tolerant strategies are analyzed. Finally , the results are verified by simulation and experiment.Key words : T-type three-level inverter ； fault-tolerance strategy ； neutral-point voltage balance ； balanceable area0引言近年来，由于化石能源的枯竭和严重的环境污染问题，新能源技术越来越受到人们的重视。
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。
2012 基于零序注入的NPC三电平变流器中点电位反馈控制_谢路耀
2012年12月电工技术学报Vol.27 No. 12 第27卷第12期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Dec. 2012基于零序注入的NPC三电平变流器中点电位反馈控制谢路耀金新民吴学智尹靖元童亦斌（北京交通大学新能源研究所北京 100044）摘要对NPC三电平变流器中点电位不平衡时，输出交流电压的补偿与中点电位的反馈控制问题进行了研究。
提出了一种基于零序注入的NPC三电平中点电位反馈控制方法，在保证输出电压无畸变的同时还能实现中点电位的任意调节。
调制策略基于SPWM原理，实现十分简单，适用于强化传统的中点电位平衡控制或需要对上下组直流电压进行分别控制的场合。
文中给出了本文控制方法的中点电流控制能力，并对中点电位的低频波动问题进行了分析。
仿真和实验结果验证了相关理论的正确性。
关键词：不平衡补偿反馈控制中点电压平衡中点电位偏移中点钳位型三电平变流器正弦脉宽调制零序电压中图分类号：TM464Neutral Point Voltage Feedback Control Based on Zero SequenceInjection for NPC Three-level ConverterXie Luyao Jin Xinmin Wu Xuezhi Yin Jingyuan Tong Yibin（Beijing Jiaotong University New and Renewable Energy Research Institute Beijing 100044 China）Abstract Output AC voltage compensation and neutral point voltage feedback control under neutral point voltage unbalanced conditions are discussed. A neutral point voltage feedback control strategy based on zero sequence injection is proposed. Using this strategy, not only output voltage can be guaranteed no distortion but also neutral point voltage can be adjusted at will. The modulation strategy is based on SPWM principal, so it’s very simple to realize, and suitable for enhancing traditional neutral point balance control or applications where need to control up and down DC link voltage separately. The neutral point current control ability of the strategy is given, and the neutral point voltage low frequency fluctuation problem is also analyzed. Simulation and experimental results verify the correctness of this theory.Keywords：Unbalance compensation, feedback control, neutral point balance, neutral point offset, neutral point clamp(NPC), three-level converter, sinusoidal pulse width modulation(SPWM), zero sequence voltage1引言在众多的多电平拓扑中，由日本长冈科技大学A.Nabae等人于1980年提出的NPC（neutral point clamped）三电平拓扑（如图1所示），控制简单，器件数目小，具有最为广泛的工业应用。
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。
三电平变换器中点电压平衡问题的研究
三电平变换器中点电压平衡问题的研究三电平变换器中点电压平衡问题的研究摘要：为了全面分析中点电位平衡问题，建立了一个三电平变换器的数学模型，分析了三电平变换器中点电位不平衡的原因，详细地讨论了空间矢量控制方法中不同矢量对中点电位的影响。
最后，实验研究了一种基于检测直流侧中点电流的方向和直流侧电容电压的大小，来平衡中点电位的滞环控制方法。
实验结果验证了该滞环控制方法平衡中点电位的有效性。
关键词：三电平变换器；中点电压平衡；空间矢量PWM引言二极管中点箝位型逆变器[1]是最近研究的一个热点。
这种拓扑结构，每个功率开关管承受的最大电压为直流侧电压的1/2，另外，由于相电压有三种电平状态，比传统的二电平逆变器多了一个电平，因此输出波形质量高。
因而这种结构变换器在高性能、中高电压的变频调速，有源电力滤波装置和电力系统无功补偿等领域有着广泛的应用。
但是，这种变换器采用两个电容串联来产生三个电平，由于开关器件本身特性的不一致和变换器能量转换时中点电位参与能量的传输，因此，会产生两个电容电压分压不均的问题，即中点平衡问题。
如果中点电位不平衡，在交流输出侧会产生低次谐波，使逆变器的输出效率变低，同时谐波还会对电机产生脉动转矩，影响电机的调速性能；另外，逆变器某些开关管承受的电压增高，降低了系统的可靠性；最后，中点电位波动降低了直流侧电容的寿命。
图1国内外学者对三电平逆变器中点问题作了不少的研究，提出了不少的方法。
载波SPWM方法中平衡中点电位一般都是在调制波中注入适当零序分量。
文献[2]中注入三次零序分量来平衡中点电位，文献[3]中提出了一种注入零序电压的分析算法。
空间矢量方法中平衡中点电位的方法[4]归纳起来主要有以下几种：1）开环被动控制在每一个新开关周期，小矢量的P，N状态进行转换，这种方法只有在平衡负载的情况下能够较好控制中点电位，其动态调整特性不好；2）滞环型控制是目前应用最多的一种闭环控制方法，在检测每相电流方向基础之上，通过选择小矢量P，N状态使中点电位朝不平衡方向的相反方向来选择，这种方法的缺点就是电流中有1/2开关频率的纹波；3）有源控制这种方法通过控制电流的调制因子，需要检测中点电位不平衡的大小和相电流的幅度，好处就是没有1/2开关频率的纹波，但是，由于增加了其他的开关状态从而增加了开关损耗，这种方法一般没有滞环控制那么可靠。
基于零序电压注入的三电平中点电位平衡控制
加入适量的负零序矢量， 就可同时改变中间和两边
小矢量的作用时间。 当-30°<ωt<30°时，可总结出如
下 4 种情况：① ia>0，Udc1>Udc2 加入的零序分量 u0>0； ②ia>0，Udc1<Udc2 加入的零序分量 u0<0； ③ia<0，Udc1> Udc2 加入的零序分量 u0<0；④ia<0，Udc1<Udc2 加入的零 序分量 u0>0。 同理可得其他区间的加入零序方法。
当小矢量为[1 0 0]时，a 相与正直流母线相连，
b，c 相与中点相连，电流作用同样会影响中点电位，
如图 5b 所示。 电流关系为：inpc=-ia。 可见，冗余小矢 量[0 -1 -1]，[1 0 0]在同一控制周期内对中点电位的
影响是相反的。 同理可得其他分区内每个控制周期
内影响中点电压的小矢量，如表 1 所示。
作用时间增加。要改变矢量的作用时间，通过加入适
量的正零序矢量， 就可以同时改变中间和两边的小
矢量的作用时间。 当加入适量的 u0（u0>0）零序以后， 小矢量[0 -1 -1]作用时间减少，小矢量[1 0 0]作用时
间增加，满足上面关于减小中点电位不平衡的分析。
同理，当 Udc1>Udc2，ia<0 时，应该使小矢量[0 -1 1]作用时间增加，小矢量[1 0 0]作用时间减少。 通过
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基于零序电压注入的三电平中点电位平衡控制
图 2 三电平空间矢量图
2.2 三电平逆变器多载波调制策略 三相正序调制电压可表示为：
ua=Mcosωt；ub=Mcos（ωt-2π/3）；uc=Mcos（ωt+2π/3） （2）
三电平逆变器中点电位平衡与输出电压谐波问题研究
三电平逆变器中点电位平衡与输出电压谐波问题研究一、背景和研究意义随着能源需求的增加和环境污染的加剧，人们对清洁能源的需求越来越迫切。
光伏发电作为一种清洁能源，受到了广泛的关注和追捧。
然而，由于光伏发电的直流特性，必须通过逆变器将其转换为交流电才能接入电网供电。
三电平逆变器作为一种新型的逆变器拓扑结构，具有输出电压波形质量高、谐波含量低、温度分布均匀等优点，因此越来越受到人们的关注和研究。
在三电平逆变器中，中点电位平衡和输出电压谐波问题是两个重要的问题。
中点电位平衡问题是指，在逆变器工作期间，由于负载不同而产生的不同的电压波形，在三电平逆变器中会导致中点电位的偏移，从而影响逆变器的输出电压质量。
输出电压谐波问题是指，在逆变器输出电压中会存在高谐波成分，这会导致对电网的干扰和对负载的损害。
因此，对于三电平逆变器中点电位平衡和输出电压谐波问题的研究，具有非常重要的意义。
二、中点电位平衡问题的研究在三电平逆变器中，中点电位的偏移可能会导致对逆变器的输出电压波形质量产生影响。
因此，研究三电平逆变器中点电位平衡问题具有重要的实际意义。
目前，研究中点电位平衡问题的方法主要有以下几种：1、PWM控制方法通过PWM控制方法可以实现三电平逆变器的中点电位平衡，从而提高逆变器的输出电压波形质量。
该方法的核心思想是通过改变PWM控制信号的占空比来控制逆变器的输出电压波形，从而实现对逆变器中点电位的调节。
2、磁芯平衡方法在三电平逆变器中，通过在变压器的一侧增加额外的绕组，并在该绕组上加入适当的电流，可以实现磁芯平衡，从而实现对逆变器中点电位的平衡。
该方法在实际应用中具有较好的效果，但需要增加变压器的复杂度和成本。
3、直流侧平衡方法在三电平逆变器中，可以通过在直流侧连接额外的电容来实现中点电位的平衡。
具体来说，在电容两端加入等幅不同相位的正弦波电压，就可以实现对逆变器中点电位的平衡。
三、输出电压谐波问题的研究在三电平逆变器中，输出电压谐波是一个非常重要的问题。
三电平逆变器中点电位平衡的综合控制策略
三电平逆变器中点电位平衡的综合控制策略作者：曹国锋王然风孟润泉来源：《现代电子技术》2017年第16期摘要：三电平逆变电路普遍存在中点电位不平衡的问题，中点电位的不平衡主要体现在两个方面：中点电位偏移和中点电位波动。
基于传统的SVPWM算法，通过分析造成中点电位不平衡的原因，提出了前馈控制+反馈控制的综合控制策略。
该方法通过采集两个电容电压和三相负载电流的实时值，通过切换函数的不同值来选择不同的控制策略，从而实现对中点电位平衡的综合控制。
仿真实验证明了此综合控制策略控制精度高，并且不会出现中点电位偏移的问题，很好地控制了中点电位的平衡，弥补了在只有反馈控制策略下电压波动幅值较大的缺点，达到了很好的效果。
关键词：三电平逆变器；中点电位；平衡控制； SVPWM算法中图分类号： TN710⁃34； TM464 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2017）16⁃0165⁃05Abstract： Neutral point potential imbalance commonly exists in the three⁃level inversion circuit. The neutral point potential imbalance is mainly reflected in two aspects： neutral point potential offset and neutral point potential fluctuation. According to the analysis of the cause of the neutral point potential imbalance， an integrated control strategy containing feed⁃forward control and feed⁃back control is put forward on the basis of traditional SVPWM algorithm. By collecting the real⁃time values of two capacitance voltages and three⁃phase load currents， different control strategies are selected by switching different values of the function， so as to realize the integrated control of the neutral point potential balance. The simulation experiment results show that the control precision of the integrated control strategy is high， the offset of neutral point potential will not occur， and this strategy can control neutral point potential effectively and avoid big voltage fluctuation amplitudes that appear in the strategy with only feed?back control.Keywords： three⁃level inverter； neutral point potential； balance control； SVPWM algorithm0 引言在三电平逆变电路中，每个主开关器件在关断时承受的电压仅仅等于直流侧电压的一半，这使得它广泛地应用于高压大容量的场合，并且由于三电平逆变电路增加了输出的电平数，使输出的电压波形更接近正弦波，因此输出电压的谐波含量减少了很多，同时也降低了输出电压的跳变。
一种零序电压注入的t型三电平逆变器中点电位平衡控制方法
0 引言
近年来，多电平逆变器已成为中、高压大功率 应用的热点，如高压变频调速、柔性交流输电、高 压直流输电等领域。与两电平逆变器相比，三电平 逆变器具有较小的 dv/dt、较低的电压和电流的谐波 畸变率和功率损耗等优点，典型的三电平逆变器如 中点钳位型、飞跨电容型及级联 H 桥型拓扑已被广 泛应用于中、高压的工业应用中[1-6]。
在一个载波周期ts内t型三电平输出为零电平的占空比可表示为odc1abc05xxudxu?8810电工技术学报2020年2月把式8代入式7可得中点平均电流为abcoabcdcdcdc111050505uuuiiiiuuu?????????????????????9在t型三电平逆变器中采用pdpwm法三角载波与调制波比较得到相应开关管的开关信号其会导致中点平均电流io不为零进而导致中点电位不平衡
Chengdu 610031 China）
Abstract Three-level T-type inverters are widely used in low-voltage and high-current fields due to small number of power devices, low switching losses, and high power density. The neutral potential balance control of the three-level T-type inverter is one of its key technologies. The imbalance of neutral potential will lead to an increase of harmonics in the output voltage and current, which will reduce the life of the dc-link capacitors. Based on the traditional zero-sequence voltage injection method, a zero-sequence voltage injection that combines feed-forward with feed-back compensation loops is studied to control the balance of neutral potential as well as the suppression of low-frequency voltage ripples. In this paper, by establishing the switching model and neutral potential model of three-level T-type inverter, the equilibrium mechanism of neutral potential is analyzed in detail, and then the relationship between three-phase modulation voltage and injected zero-sequence voltage is derived. This method avoids complicated duty cycle calculation, which can realize neutral potential
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(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910121226.X
(22)申请日 2019.02.19
(71)申请人 东南大学
地址 211189 江苏省南京市江宁区东南大
学路2号
申请人 嘉兴学院
(72)发明人 张建忠 胡路才 朱耀东 徐帅
(74)专利代理机构 南京瑞弘专利商标事务所
(普通合伙) 32249
代理人 徐激波
(51)Int.Cl.
H02M 7/483(2007.01)
H02M 7/5395(2006.01)
H02M 1/32(2007.01)
(54)发明名称基于零序电压注入的T型三电平逆变器中点电位平衡与容错控制方法(57)摘要本发明公开了基于零序电压注入的T型三电平逆变器中点电位平衡与容错控制方法，采用前馈补偿控制得到零序电压，使得中点电位达到平衡，采用反馈补偿控制得到反馈补偿量，进而抑制中点电位的低频脉动。
当垂直桥臂功率器件发生故障时，采用零序电压注入对中点电位进行平衡控制，通过重构PWM调制信号，保持了三相线电压平衡。
当水平桥臂功率器件发生故障时，闭锁故障相水平桥臂的驱动信号，对故障相剩余的垂直桥臂采用两电平运行和基于零序电压注入的中点电位平衡控制，输出电压和电流的幅值大小不发生变化。
T型三电平逆变器采用零序电压注入法平衡故障后的中点电位，通过重构PWM载波调制信号进行容错控制，使系统具有较好的容错
运行能力。
权利要求书3页 说明书7页 附图4页CN 109687747 A 2019.04.26
C N 109687747
A
1.一种基于零序电压注入的T型三电平逆变器中点电位平衡与容错控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
(1)通过故障诊断算法判断T型三电平逆变器的故障类型，针对不同故障类型采取相应的容错控制方法；
三相T型三电平逆变器拓扑包含垂直桥臂功率器件S x1、S x4和水平桥臂功率器件S x2,、S x3；x＝a ,b ,c；S x1、S x2与S x3、S x4为互补信号；针对T型三电平逆变器，采用三电平同相层叠PWM调制法；其中，同相层叠的两个三角载波信号与参考调制信号相比较，从而得到相应开关管的驱动信号；
(2)当垂直桥臂功率器件S x1,、S x4发生故障，输出状态P或N将无法正常产生，导致输出线电压和相电流波形畸变和不对称；在这种情况下，通过重构PWM调制信号，故障相通过开关管S x2或S x3导通与关断维持逆变器系统线电压的平衡；以A相故障为例，垂直桥臂功率器件发生故障后闭锁A相故障功率器件的驱动信号，并一直保持A相水平桥臂功率器件的驱动信号；
调整PWM调制信号为
其中，u a ’,u b ’,u c ’为调整后的调制信号，V m 为调制信号的幅值，w为逆变器输出的角频率；调整后的PWM调制信号使A相垂直桥臂故障后T型逆变器的三相输出线电压保持平衡；当故障发生在B相或C相，
PWM的调制信号分别为
为了保持三相系统的线电压平衡，通过重构PWM调制信号，改变调制信号的相位与幅值大小，使得输出线电压为三电平，
其幅值降为正常工作时的输出电流也相应减小，进而维持T型三电平逆变器系统故障后的稳定运行；
通过零序电压注入平衡中点电位，注入方法为：首先通过假定一个周期内三相中点电流平均值等于零的条件，计算需要注入的零序电压；将零序电压作为前馈补偿控制量，迭加到调制信号u a ’,u b ’,u c ’中，从而使中点电位在一个基波周期内保持平衡；运用反馈补偿控制，即将上电容C 1和下电容C 2的电压差值经过一个PI控制环节得到反馈补偿量Δi o ，将该反馈补偿量叠加到前述的调制信号中，达到抑制直流侧中点低频电压脉动的目的；
权 利 要 求 书1/3页2CN 109687747 A。