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)。對于NPC逆變器，傳統(tǒng)SVPWM方法主要是通過扇區(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，該策略無需進(jìn)行復(fù)雜的三角函數(shù)運(yùn)算，僅需簡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)洹Ｃ恳粯虮塾?個(gè)開關(guān)管，在每一個(gè)時(shí)刻，變流器都必須有兩個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通。以A相為例，允許的開關(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示出各開關(guān)狀態(tài)組合與空間電壓矢量的對應(yīng)關(guān)系。可見，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，將有助于簡化參考矢量合成和作用時(shí)間計(jì)算。基于60°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)，對角線上的UUL和UUL都必須用到。而對于第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。