基于g，h坐標(biāo)系的三電平逆變器SVPWM技術(shù)研究

摘要：傳統(tǒng)二極管中性點(diǎn)箝位(NPC)三電平逆變器電壓空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)方法需進(jìn)行大量三角函數(shù)計(jì)算和扇區(qū)判斷，控制器運(yùn)算量較大。尤其是當(dāng)多電平逆變器電平數(shù)增加時(shí)，所需電壓空間矢量及控制器計(jì)算量都呈幾何倍數(shù)增加，使控制難度進(jìn)一步加大。在傳統(tǒng)SVPWM基礎(chǔ)上，采用了一種基于60°g，h坐標(biāo)系的SVPWM方法。該算法僅需簡(jiǎn)單的邏輯判斷即可得到參考矢量的具體位置和合成參考矢量的最近3個(gè)矢量，大大簡(jiǎn)化了參考電壓矢量的合成和作用時(shí)間的計(jì)算，且該方法還可在更多電平逆變器的SVPWM中推廣應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法的可行性和正確性。
關(guān)鍵詞：逆變器；中性點(diǎn)箝位；空間矢量脈寬調(diào)制

1 引言
隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，多電平逆變器拓?fù)湓诠I(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，其中NPC三電平逆變器應(yīng)用最多。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與兩電平逆變器相比有許多優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于NPC逆變器，傳統(tǒng)SVPWM方法主要是通過(guò)扇區(qū)劃分、參考電壓矢量選擇及電壓矢量作用時(shí)間計(jì)算等步驟去合成SVPWM波形。但該方法需進(jìn)行大量三角函數(shù)計(jì)算和扇區(qū)判斷，控制器運(yùn)算量較大。尤其是當(dāng)多電平逆變器電平數(shù)增加時(shí)，所需電壓空間矢量及控制器計(jì)算量都呈幾何倍數(shù)增加，使控制難度加大。文獻(xiàn)給出不同的SVPWM算法，但均存在不足。
在分析和比較常見(jiàn)NPC逆變器SVPWM方法的基礎(chǔ)上，這里采用一種基于60°g，h坐標(biāo)系的SVPWM控制策略，該策略無(wú)需進(jìn)行復(fù)雜的三角函數(shù)運(yùn)算，僅需簡(jiǎn)單的邏輯判斷即可得到參考矢量具體位置和合成參考矢量的最近3個(gè)矢量，可大大簡(jiǎn)化參考電壓矢量合成和作用時(shí)間計(jì)算。且該方法同樣適用于更多電平逆變器的SVPWM。

2 NPC逆變器拓?fù)浼肮ぷ髟?br /> 圖1為NPC逆變器拓?fù)?。每一橋臂?個(gè)開(kāi)關(guān)管，在每一個(gè)時(shí)刻，變流器都必須有兩個(gè)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通。以A相為例，允許的開(kāi)關(guān)管組合為V1和
V2，V2和V3，V3和V4，其余組合都是不允許的。這3種情況對(duì)應(yīng)的電壓分別為Ud／2，0和-Ud／2，該逆變器即為三電平逆變器。

3 基于g，h坐標(biāo)系的SVPWM簡(jiǎn)化算法
傳統(tǒng)SVPWM算法在參考電壓矢量所在扇區(qū)、小三角形區(qū)域判斷及基本矢量作用時(shí)間的求取上需進(jìn)行大量計(jì)算。圖2示出各開(kāi)關(guān)狀態(tài)組合與空間電壓矢量的對(duì)應(yīng)關(guān)系?？梢?jiàn)，NPC逆變器電壓空間矢量之間的角度均為60°的整數(shù)倍。由此可以想到，若采用非正交60°坐標(biāo)系，將有助于簡(jiǎn)化參考矢量合成和作用時(shí)間計(jì)算?；?0°g，h的坐標(biāo)系，就是取g軸與直角坐標(biāo)中的a軸重合，然后定義從g軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)60°的位置為h軸。矢量在α，β坐標(biāo)系和g，h坐標(biāo)系的關(guān)系為：

若將三電平的基本電壓矢量變換到g，h坐標(biāo)系下，即可得到60°坐標(biāo)系下的三電平空間矢量圖。由于每個(gè)電壓矢量之間的角度均為60°的倍數(shù)，故變換到g，h坐標(biāo)系下的所有基本電壓矢量的幅值均為整數(shù)。對(duì)于任意空間參考矢量Uref(Urg，Urh)，距離其最近的4個(gè)電壓矢量可由Uref的坐標(biāo)向上、向下取整得到。即。下標(biāo)U表示向上取整，L表示向下取整。不管參考矢量在平行四邊形中哪個(gè)小三角形內(nèi)，對(duì)角線上的UUL和UUL都必須用到。而對(duì)于第3個(gè)矢量的選擇，可根據(jù)Urg+Urh-(UULg+UULh)的值確定。當(dāng)其值大于零時(shí)，UUU是第3個(gè)矢量；當(dāng)其值小于等于零時(shí)，ULL是第3個(gè)矢量。