单相三电平逆变器移相控制技术研究

Ｃ Ｅ ａ － ａｇ一 Ｈ Ｇ Ｚ ｅ ｇ，Ｙ ｉ— ｏｇ Ｈ Ｎ Ｄ ｎｊ ｎ ，Ｚ ＡＮ ｈ ｎ２ Ｅ Ｙ ｎｚ ｎ 。 ｉ ｈ
（ ．ｈｎ ｈｉ ｒ ｉｅ Ｕ ｗ ￣ ＠，Ｓ ａｇ ａ ２ ０ ３ ，Ｃ ｉ ） １ ａｇ ａ ｉｍ ｎ ｅ ｉ Ｓ Ｍａ ｔ ｈ ｎ ｉ ０ １ ５ ｈｎ ｈ ａ
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图 ４所 示 ， 且 同 时 出现 ＵＳ的正 半 波 和 并 Ｖ ａ
的 负
半 波 时 ， Ｚ ｎ Ａ 区 域 ，出就 会 出 现 五 电平 。 即 ｏｅ 现单独分析两个 调制波 ， 过上述结论 可知 ， 通 如 果 两 个 调 制 波 的位 置 如 图 ５所 示 ， 为 ／ 则 ２ ， 电 出三
第４ ６卷 第 ３期 ２ ２年 ３月 ０１
电力 电 子技 术
Ｐ ｗｅ ｌ ｃｒ ｎ ｃ ｏ ｒＥ ｅ ｔｏ ｉ ｓ
Ｖｏ ．６，Ｎｏ３ １ ４ ． Ｍａ ｃ ０ ２ ｒｈ ２ １
波 ２ ， 开通 ， 时 Ｖ 当调 制 波 小 于 载 波 ２时 ， 开 Ｖ
通 。因 此 ， 中 Ｖ 取 反 即 为 Ｖ 的 驱 动 波 形 ， 图 Ｓ。 Ｓ 而 ＶＳ 止取 反 即 为 Ｖ 的 驱 动波 形 。 Ｓ
３上海 应用技 术学 院 ，上海 ．
２０３ ） ０ ２ ５
摘要 ： 了对 单相三 电平 逆变 器 的输 出电压进 行 调节 ， 多载波 层 叠调 制策 略 的基 础 上 ， 为 在 引入调 制波 移相 控制 技术 ． 即逆变 器两 个桥 臂采用 相 同的载 波 ， 而两 个调 制波 则具 有一 定的相位 差 。同时针 对移相 调压 过程 中 出现
ｈ ｒ ｓ ｏ ｈ ｓ ｉｅｅ ｃ ｅｗｅ ｎ ｔ ｄ ｌｔ ｖ ｓＴ ｅ ｉ ｓ ｔｅｅ ｉ ｓ ｍｅ ｐ ａｅ ｄｆ ｒｎ ｅ ｂ ｔ ｅ ｗｏ ｍｏ ｕａｉｎ ｗａ ｅ ．ｈ ｎ，ｔｉ ｇｕ ｄ ｔａ ｅ ｌｖｌ ｏ ｕｐ ｔｌ ｅ ｖ ｌ ｇ ｏ ｎ ｈ ｔｔ ｅ ｅ ｆｏ ｔｕ ｉ ｏｔ ｅ ｈ ｎ ａ
由于输 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 电压 电平 数 增 加 ．输 出波 形 具 有 更 好 的 谐 波 频 谱 ， 开 关器 件 所 承 受 的 电压 应 力 较 ／ ｉ。 各 ｈ１ ］
一
般 将 多 电平 电路 分 为 二 极 管 中 点 箝 位 （ Ｐ ） ＮＣ、
飞 跨 电容 和 级 联 多 电平 三 类 【 】 ｚ 。其 中 ． Ｐ 电路 ＮＣ
ｗ ｌ ｂ ｈ ｎ ｅ ｎ ｅ ｉ ｅ ｅ ｔ ｐ ａ ｅ ｄ ｅ ｎ ｅ Ｔ ｉ ｒ ｂ ｅ ｉ ａ ａｙ ｅ ｎ ｄ ｖｉ ａ ｄ ｔ ｅ ｃ ｔ ａ ｈ ｓ ｉ ｅ ｎ ｅ ｉ ｅ ｃ ａ ｇ ｄ ｕ ｄ ｒ ｄ ｆ ｒ ｎ ｈ ｓ ｉ ｒ ｃ ． ｓ ｐ ｏ ｌ ｍ ｓ ｎ ｌｚ ｄ ｉ ｅ ｌ ｎ ｈ ｒｉ ｌ ｐ ａ ｅ ｄ ｆ ｒ ｃ ｌ ｆ ｅ ｈ ｉ ｃ ｆｅ ｉ ａ ｃ ｌｔ ｄ ｔ ｘ ｌｉ ｔ ａ ｔ ｔ ｅ ｔ ｅ ｒ ａｙ ｉ ｓ ｖ ｒ ｉ ｄ ｂ ｈ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ｓ ｃ ｕ ａ ｅ ｏ ｅ ｐ ａｎ ｉ． ｌ ｓ ， ｏ ｙ ａ ｌ ｓ ｉ ｅ ｉ ｅ ｙ ｔ ｅ ｅ ｐ ｒ ｎ ． ｌ Ａｔ ｈ ｈ ｎ ｓ ｆ ｉ Ｋｅ ｗｏ ｄ ｉ ｖ ｒｅ ；ｎ ｕ ｒ ｏ ｎ ｌｍｐ ｄ；ｐ ａ ｅ ｓ ｉ ｏ ｔ ｌ ａｒｅ ｉｐ ｓｔ ｎ ｙ ｒ ｓ：ｎ ｅ ｒ ｅ ｔａ ｐ ｉｔ ｃａ ｅ ｔ ｌ ｈ ｈ ｔ ｃ ｎｒ ；ｃ ｒｉ ｒ ｄ ｓ ｏ ｉ ｏ ｓ ｆ ｏ ｉ
体 波 形 如 图 ４所 示 。
图 ２ 载 波 同相层 叠控制 策略 图
通 常 ， １中 ａ ｂ桥 臂 采 用 相 同 的 载 波 ， 调 图 ， 而
制 波 则 选 择 相 位 差 为 １０ 的 正 弦 波 ． 是 其 缺 点 ８。 但 是 输 出 电压 值 固定 。 了对 输 出 电压 进 行 控 制 ， 为 将 用 于 Ｈ桥 逆 变 器 的移 相 控 制 技 术 引 入 到 单 相 三 电 平 Ｎ Ｃ 电路 中 。 Ｐ
图 １ 单相 三 电平 Ｎ Ｃ逆变 器拓 扑 Ｐ
基 金项 目 ：上海 海 事大 学研 究 生创 新基 金 （ Ｃ ０ １６ ） Ｙ ２ １０ １ ；
上 海 市教 育 委 员 会 科 研 创 新 项 目 （２ｚ９ ） １ ｚ１ １
定 稿 日期 ： ０ １ ０ — ８ ２ １－ ９ ２
图 ２示 出三 电平载 波 同相层叠控 制 策略 图。 图 中使 用 了两 个 层 叠 的载 波 ， 由于 两 者 同 相 。 因此
设 定 参 数 输 入 直 流 母 线 电压 Ｕ＝ Ｏ ｄｌ０Ｖ，载 波 频 率 １５ｋ ｚ 调 制 波 频 率 ５ ｚ 利 用 Ｐ Ｉ 软 件 ． Ｈ， ０Ｈ ， ＳＭ 进 行 仿 真 ， 制 两个 调 制 波 形 分 别错 开 ３ 。 １０ ， 控 ０ ，８ 。
仿 真波 形 如 图 ３ ， ａ ｂ所 示 。
第 ４ ６卷 第 ３期
２１ ０ ２年 ３ 月
电 力 电 子 技 术
Ｐ ｗｅ ｌ ｃｒ ｎ ｃ ｏ ｒＥ ｅ ｔ ｉ ｓ ｏ
Ｖｏ ．６，Ｎｏ３ １ ４ ． Ｍａ ｃ ０ ２ ｒｈ ２ １
单相三 电平逆变器移相控制技术研究
陈 丹 江 ． 一 ，张 政 。 ，叶 银 忠
（ ． 海 海 事 大 学 ， 流 工 程 学 院 ，上 海 １上 物 ２ ０ ３ ；２浙 江 万 里 学 院 ， ０ １５ ． 电子 信 息 学 院 ，浙 江 宁 波 ３ ５０ ； １ １０
在 实 际 中得 到 了许 多 应 用 ［６ ４】 －。
针 对 Ｎ Ｃ 电路 ，许 多 学 者 进 行 了 大 量 的 研 Ｐ 究 ， Ｎ Ｃ 电路 的控 制 方 法 ［， Ｐ 电路 的 中点 电 如 Ｐ Ｎ Ｃ
位 平 衡 【 。 里 将 针 对 单相 Ｎ Ｃ逆 变 器 ， 究 其 ｓ 这 】 等 Ｐ 研 在 载 波 层 叠 和 移 相 控 制 方 法 下 输 出 电压 的 电平 和 形 状 ， 且 给 出理 论 证 明 和 实 验 结 果 。 并
０
ｌ ０
２ ０ ｔｍｓ ／
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４０
图 ４ 调 制 波 错 开 １０ 时 的仿 真 波 形 ８。
图 ４和 图 ３ ｂ的 区 别 在 于 ，将 和
向上
移 动 了一 个 单 位 ， 样 ， 个 载 波 就 重 合 在 一 起 ， 这 两 两 个 调 制 波 才 能 按 照 上 述 理 论 进 行 比较 。 图 ４中 波 形和 上 述 分 析 相 符 合 ， 当两 个 调 制 波 的 位 置 如
Ａｂｔａｔ Ｉ ｒｅ ｄｕｔｔｅｏｔｕ ｏｔ ｅｏ ｉｇ ｈｓ ｈｅ － ｖｌ ｎｅｔｒｐ ａｅｓｉ ｅｈ ｉ ｅｉ ｉ ｒｄ ｃｄ ｓｒｃ ：ｎｏｄｒｔ ａｊｓ ｈ ｕｐ ｔ ｌ ｇ ｆ ｎ ｌ ｐ ａｅｔｒｅｌ ｅ ｉｖｒ ，ｈ ｓ ｈ ｔ ｃｎｑ ｓ ｎ ｏｕｅ ｏ ｖ ａ ｓ ｅ ｅ ｅ ｆｔ ｕ ｔ
的输 出线 电压 电平变 化 问题 ， 进行 了详 细 的理论 分析 和 公式推 导 ， 出了输 出线 电压 电平 变化 的临 界相 位差 。 得 最 后给 出 了实验 结果 ， 证 了理论 分析 的正确 性和 可行 性 。 验
关键 词 ： 逆变 器 ；中 点箝 位 ；移相 控制 ；载波 层叠
平 和 五 电平 的临 界 点 。
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图 ３ 调 制 波 错 开 不 同 角 度 时 的 仿 真 波 形
图 中 ，愧 和 Ⅱ
分 别 表 示 两 个 调 制 波 ， 为 －
Ｉｎｖｔ ｎＰ ｇａ ｆＳ ａｇ ａ Ｍｕ ｉ ｐ ｄ ｃｔ ｎＣ ｍｍ ｓｉ （ ｏ１ｚ１ １ ｎ ｏａ ｏ ｒ ｒｍ ｏ ｈ ｎｈ ｉ ｎｃ ａ Ｅ ｕ ａ ｏ ｏ ｉ ｏ Ｎ ．２ｚ９ ） ｉ ｏ ｉｌ ｉ ｓｎ
１ 引 言
多 电 平 技 术 是 一 种 通 过 改 变 变 换 器 自身 拓 扑 结构 来 实 现 高压 大 功 率 输 出 的 新 型 变 换 器 ，它 无
中 图 分 类 号 ：Ｍ ６ Ｔ ４４ 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ Ｏ １Ｏ ２ １ ）３ ０ ７ — ３ １ｏ 一 Ｏ Ｘ（０ ２ ０ — ０ ３ ０
Ｓ ｕ ｙ ｏ ａ ｅ Ｓ ｉｔＴｅ ｈ ｉｕ ｏ ｉ ｇ ｅ Ｐ ａ ｅ Ｔｈ ｅ — ｖ ｌＩ ｖ ｒ ｅ ｔ ｄ ｎ Ｐｈ ｓ ｈ ｆ ｃ ｎ ｑ ｅ ｆ ｒ Ｓ ｎ ｌ ｈ ｓ ｒ ｅ ｌ ｅ ｎ ｅ ｔｒ ｅ
称 为 同相 层 叠 。 正 弦调 制 波 与 这 两 条 载 波 比较 ， 将 当调 制 波 幅值 大 于载 波 ｌ时 ， Ｓ ｖ 开 通 ； 当调 制 波 幅 值 小 于 载 波 １时 ， Ｓ Ｖ 开 通 ；当 调 制 波 大 于 载
７３
作 者 简 介 ： 丹 江 （９ ９ ） 男 ， 江 宁 波 人 ， 师 ， 究 方 陈 １７ 一 ， 浙 讲 研 向 为 电 力 电子 电路 及 其 故 障 诊 断 技 术 。
载 波 １波 形 ，以为载 波 ２波 形 ， Ｍ 出为 输 出 线 电压 。
可见 ， 通过调制波 的移相控制 ， 可达到调节输 出 电 压 的 目的 。经 过测 量 ， 曲有 效 值 分 别 为 ３ ． Ｖ和 ０１ ７ ． １２Ｖ。 同 时 ， 了 波 形 有 效 值 改 变 外 ， 形 的 电 除 波
ｂ ｓ ｄ ｏ ｄ ｌｔ ｎ ｓｒ ｔｇ ｆ ｍｕ ｔ ｃ ｒｉ ｒ ｄ ｓ ｏ ｉ ｏ ． ｗｏ ｂ ｄ ｅ ｆ ｔ ｅ ｉ ｖ ｒ ｒ ｕ ｅ ｔ ｅ ｓ ｎｅ ｃ ｒｉｒ ｗ ｖ ａ ｄ ａ ｅ ｎ ｍｏ ｕ ａ ｉ ｔａｅ ｙ ｏ ｌ ａｒｅ ｉ ｓｔ ｎ Ｔ ｒ ｇ ｓ ｏ ｈ ｎ ｅ ｅ ｓ ｈ ａ ｌ ａ ｒ ａ ｅ， ｎ ｏ ｉ ｐ ｉ ｉ ｔ ｅ
时开 通 ， 有 在 只
的负 半 波 才 能 实 现 。但 恼 是
与 Ｍ。 行 比较 ， Ｍ 是 与 “ 进 而 进 行 比 较 ， 知 两 可 载 波 在 不 同位 置 ， 更 加 清 楚 的进 行 分 析 ， 两 个 为 将
载 波 放 在 一 起 ， 时调 制 波 也 要 随之 改 变 位 置 ， 同 具
Ｆ ｕ ｄ ｔ ｎ ｒ ｃ ：ｕ ｐｒ ｄ ｙ ｈｎ ｈ Ｍａ ｔ ｅ ｎｖｒｉ Ｇ ａｕ ｔ ｎ ｏａｉ Ｆ ｎ （ ｏＹ ２ １０ １ ； ｏ ｎ ａ ｏ Ｐ ￣ｅｔＳ ｐ ｏ ｅ ｂ Ｓ ａ ｇｍ ｉ ｔ ｉｍ ｒｉ Ｕ ｉｅ ｔ ｒｄ ａ Ｉｎｖｔ ｎ ｕ ｄ Ｎ ．Ｃ ０ ６ ） ｓｙ ｅ ｏ １
需 升 降压 和 均 压 电路 。 与传 统 的 两 电平 电路 相 比 ，
２ 控 制 策 略 及 其 仿 真
基 于 载 波 的 多 电平 变 流 器 Ｐ ＷＭ 控 制 方 法 是
最 常 用 的 多 电平 Ｐ ＷＭ 控 制 方 法 之 一 ．是 两 电平
Ｓ ＷＭ 技 术 在 多 电平 中 的 拓 展 。采 用 同 相 载 波 层 Ｐ 叠 的方 法 作 为 单 相 三 电平 Ｎ Ｃ电路 的 控 制 策 略 。 Ｐ 理 由是采 用 该方 法 得 到 的 输 出线 电压 总 谐 波 畸 变 率更 小 。 图 １示 出单 相三 电平 逆 变器 主 电路 拓 扑 。