一种单相三电平svpwm调制与载波spwm内在联系.pdf

2 0 1 2年6 月 第 2 7卷第 6期 电 tran s a cti on s of 工 技 术 学 报 chi na electrotechni cal soci ety vo 1 2 7 no 6 j un 201 2 一 种单相三 电平 s vp wm 调制与 载波 s p wm 内在联系 宋 ( 西南交通大学 文胜冯 晓云 电气工程学院 成都 6 1 0 0 3 1 ) 摘要 针对单相 三电平二极管钳位( n p c )电压型整流器，为 了减小其开关切换次数和开关切 换损耗，本文提 出了一种单相三电平空间电压 矢量调制( s v p wm)方法和一种基 于零序分量注入 的单相三电平单极性载波叠层的正弦脉宽调制( t l c s p wm)调制方法。分别给 出了该 s vp wm 的 详细设计方法和该 t l c s p wm 的零序分量设计方法。并通过理论分析和计 算，证明该 s vp wm 与该零序分量注入 的 t l c s p wm 本质上为同一类脉宽调制方法，仅实现方式不同。与传统的单 极性 t l c s p wm 相 比，这两种调制方法能够有效地减小开关切换次数，从而减小开关切换损耗 。 最后，分别搭建 了基于 ma t l a b s i mu l i n k的仿真模型和基于 t ms 3 2 0 f 2 8 1 2为控制器 的 1 3 k w 实验 样机 ，仿真和实验结果都 验证 了该 s vp wm 算法及 其 中点 电位 控制的可行性和有效性。 关键词：三电平 中点电位控制 s vp wm 载波 s p wm 调制 零序 电压分量注入 中图分 类号 ：t m9 2 1 4 5 re l a t i o ns hi p be t we e n si ngl e pha s e thr e e le v e l s vpw m and c a r r i e r spw m so n g we n s h e n g fe n gxi a o yu n ( s o u t h we s t j i a o t o n g un i v e r s i t y ch e n g d u 6 1 0 0 3 1 c h i n a ) abs t r a c t fo r s i ng l e p ha s e t h r e e l e v e l n e ut r a l p oi n t c l a mp e d ( npc)v ol t a g e s o ur c e r e c t i fie r s ： i n o r d e r t o r e d u c e s wi t c h i ng t i me s a n d l os s e s d ur i ng c o mmun i c a t i o n，a s i n gl e ph a s e t h r e e - l e v e l s pa c e v e c t o r p u l s e wi d t h mo d u l a t i o n ( s vp wm)t e c h n i q u e a n d a s i n g l e p h a s e u n i p o l a r t h r e e l e v e l c a r r i e r s i n u s o i d a l p wm( t l c s p wm)t e c h n i q u e wi t h z e r o s e q u e n c e v o l t a g e i n j e c t i o n a r e p r o p o s e d i n t h i s p a p e r the d e s i g n me t ho d o f svpw m i s s ho wn i n d e t a i l ，a n d t he s e l e c t i o n me t h o d o f z e r o 。 s e q ue nc e v ol t a ge i n tlc spw m i s d i s c us s e d i n de t a i l t o othe or e t i c a n a l ys i s a n d c a l c ul a t i o n r e s ul t s s ho w t h a t t h e s v p wm me t h o d a n d t l c - s p wm me t h o d wi t h z e r o - s e q u e n c e v o l t a g e i n j e c t i o n a r e t h e s a me p wm s c h e me e s s e n t i a l l y ， a n d bo t h of t h e i mpl e m e n t i ng me t h o ds a r e d i f f e r e n t th e s vpw m a nd tlc- spw m me t h o ds c a n e f f e c t i v e l y r e d uc e s wi t c hi ng t i m e s a n d l o s s e s d u r i n g c o mmu ni c a t i o n c o mpa r e d wi t h t r a di t i o na l tcl spw m fi n a l l y ，si mul a t i o n mo de l i n m a t l a b s i mul i n k a nd a 1 3 kw e x pe r i me n t a l p r o t ot ype wi t h tm s3 2 0f 28 1 2 c o nt r o l l e r a r e d e s i g ne d f o r t he s i n gl e ph a s e t h r e e - l e ve l npc r e c t i fie r the s i mul a t i o n a n d e x pe r i me n t a l r e s ul t s v e r i f y t he f e a s i bi l i t y a n d e f f e c t i v e n e s s o f t h e p r o po s e d svpw m a n d ne ut r a l p oi n t c o n t r ol l e r ke y wo r ds ： th r e e l e v e l ，n e u t r a l po i n t v ol t a g e c o n t r ol ，svpw m ，c a r r i e r spw m ，z e r o s e q u e n c e v o l t a g e i n j e c t i o n 国家科技 支撑 计划资助项 目 ( 2 0 0 9 b ag1 2 a0 5 ) 。 收稿 日期 2 0 1 0 1 0 - 0 5 改稿 日期 2 0 1 1 0 3 1 0 1 3 2 电 工 技 术 学 报 2 0 1 2年 6月 1 引言 近年来 ，随着我国京津城际、武广客专、合武 客专和 京沪客专等高速客运专线 的开通运营和新 建，我 国铁路 己步入了高速 电气化时代 。在我国运 营的高速动车组均采用 电力牵引交流传动技术，由 于铁路牵引供 电系统采用单相供电，因此单相脉冲 整 流器 为动 车组 牵 引传 动 系统 的重要 组成 部分 1 ,2 1 。 在 我 国现 有运 行 的 电力机 车和 动车 组牵 引传 动 系统 中 ，单 相脉 冲整 流器 的拓 扑 结构 主要有 两 电平 h桥 型和三电平二极管钳位型( np c )两种类型 2 。 针对单相脉冲整流器，其调制策略主要分为正 弦 脉 宽 调 制 ( s p wm) 5 _ 和 空 问 矢 量 脉 宽 调 制 ( s vp wm) 6 - 1 0 1 。s p wm 调制的基本原理为采用三角 载波 与 正 弦调制 波 相 比较 生 成 p wm 脉 冲信 号 。单 相 s v p wm 调制源于三相系统中 s v p wm 调制 ，其 原理为基于伏 秒平衡原理， 采用两个基本矢量和零 矢 量 来 合 成 所 需 的指 令 矢 量 ， 从 而 生 成 所 需 要 的 p wm 脉 冲 信 号 。 文 献 6 提 出 了 单 相 两 电平 的 s vp wm 调制 技术 ，有 效地 优化 了 p wm 脉冲 ，减 小 了 开 关 切 换 次 数 和 开 关 损 耗 。而 针 对 单 相 s vp wm 调制 的研 究 ， 国内外 主要集 中在 单相 三 电 平拓扑结构的变流器 7 。 1 。 文献 7 在基于 d q 轴 电流 解耦 控 制策 略基 础 上提 出 了单相三 电平 s v p wm 调 制策 略，能有效地减小 网侧 电流静态误 差，且该 s v p wm 调 制能 够有 效地 平衡 直流 侧 中点 电位 ，但 在 一个 开 关 周期 内 ，为 了平 衡 中 点 电位 ，该方 法存 在矢量发送顺序不够优化， 开关切换损耗大的缺点。 文献 8 1 0 中所阐述的单相三 电平 s v p wm 调制与 文献 7 类 似 ，虽然 能够 有效地 平 衡 中点 电位 ，易 于 数字化实现 ，但 同样存在脉冲发送顺序不够优化、 开关切换损耗大的缺点。为了解决三 电平变流器的 中点电位不平衡问题，中点电位控制方法主要有在 s p wm 调制 中加入零 序 分量 】 l 1 和 在 s v p wm 调 制 中分 配冗 余矢 量 的作 用时 间 1 3 - 1 5 1 两 大类 。然而在 单 相 三 电平 变流 器 系统 中 ， 文 献 7 1 0 均 是 由于冗 余矢 量 的分配 不 合理 ，从 而产 生 开关损 耗过 大 的缺 点 。 本文 以单相三 电平 np c整流 器为 研究 对象 ， 首 先详细分析 了单相 s vp wm算法的基本原理；为了 减 少开 关损 耗和 优化 p wm 脉 冲信 号 ，提 出了一 种 具有 中点 电位控 制 功 能的单相 三 电平 s vp wm 优 化 算法 ；并从理论上对该 s v p wm 算法与单极性载波 叠层的 s p wm 算法的内在联系进行了分析和研究 ， 得出该 s v p wm 算法本质为一种基于零序分量注入 的单极性三 电平载波叠层的 s p wm ( t l c s p wm) 算法 。最后通过计算机仿真和小功率 单相 三 电平 np c整流器实验样机实验 ， 验证该 s v p wm 算法的 有效性和可行性。 2 三 电平 np c整流器工作模式 单 相三 电平 np c整 流器 主 电路如 图 1所示 ， 为 了便 于 分析 ，定义 理想 开 关 函数 如式 ( 1 )所示 。 1 s lf 和s 2 f 导 通 s i = 0 s 2 f 和s 3 f 导通 a ， b ( 1 ) 【 一 l s 3 f 和s 4 f 导通 图 1 单相 三 电平 np c整流 器 f i g 1 a s i n g l e - p h a s e t h r e e l e v e l np c r e c t i f i e r 根据式 ( 1 )可知，该电路 9种工作模式对应的 开关状 态及 相 应 的 电压 值见 表 1 。 表 1 该 整 流器 的工 作状 态 与相应 的 矢量 t a b 1 ve c t o r s a n d o p e r a t i o n s t a t e s o f t h e a d o p t e d r e c t i f i e r 模式 s b “ 。 u b o 3 单相三电平 s vp wm 调制 3 1 中性 点 电位 控制 的基 本原 则 由表 1 可 知 ， 单相 三 电平 np c整流 器 有大 矢量 v 2 ( 1 - 1 ) 、 v 5 ( 一 1 1 ) ， 小矢量 ( 1 0 ) 、 v 3 ( 0 1 ) 、 v 4 ( 0 1 ) 、 ( 一 1 0 ) ，零 矢量 ( 0 0 ) 、v 7 ( 1 1 ) 、 ( 一 1 1 ) ，与 三 电平三相系统不同之处是单相系统没有 中矢量 。 在 三相 系统 中起 中 点 电位 平衡 作 用 的是 中矢量 和 小 矢量 ” 】 1 ，因此在三电平单相系统中，影响中点电 一 。 。 一 ” 一 o 。 辜 | 。 叭虮 o o o 辛 | 辛 !0 l 0 l o o o o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 第 2 7卷第 6期 宋 丈胜 等 一 种单 相 三 电平 s vp wm 调制 与 载波 s p wm 内在联 系 1 3 3 位 的矢量 是 小矢 量 v i ( 1 0 ) 、 v 3 ( o 1 ) 、 v 4 ( o - 1 )和 ( 一 1 0 ) ，且 与 、 与 互 为冗余 矢 量 。 下面给 出单相三 电平 np c 中点电位控制的基 本 原则 。首 先定 义 符号 函数 如式 ( 2 )所 示 ( 1 )v 1 与 之 间 的选择 原 则 ：如果 s = i ，选 择 矢量 ( 0 1 ) ；否 则 ，选择 矢量 ( 1 0 ) 。 ( 2 ) 与 之 间 的选择 原 则 ：如果 s = i ，选 择矢 量 ( 0 1 ) ；否 则 ，选择 矢量 ( 一 1 0 ) 。 3 2 单相 三 电平 s v p wm 调制 原 理 与三 相 s v p wm 算 法类 似 ，单 相 s vp wm 算 法 主 要分 为扇 区划 分 和判 断 、矢 量合 成和 作用 时间 计 算、p wm 信号生成三部分。 3 2 1 扇 区划分 与 扇 区判 断 将 整流 器控 制 系统 中 的控 制策 略输 出的调 制信 号 定 义 为参 考 电压矢 量 。 f ，且 其幅 值满 足 f = ,t a b=mc o s ( c o t 一 0 ) ( 3 ) 式中， m为调制度； co 为电网角频率；0为其相位角。 图 2给 出 了扇 区划 分 示意 图，其扇 区划 分 与 判 断 规 则 如 下 ： 扇 区i ： 0 5 f 1； 扇 区i i ： 0 z r 。 f 0 5；扇 区 i i i ：- 0 5 f 0；扇 区 i v： 一 1 v r 。 f 一0 5。 ( 0 0 ) ( o1 ) v g ( 一 1 1 ) v 4 ( o 一 1 ) ( 一 1 1 ) v 6 ( 一 1 o ) v 7 ( 1 1 ) v 1 ( 1 o ) v 2 ( 1 1 ) 一 o 5 0 o 5 1 f i i i i i i 图 2 扇 区划 分示 意 图 fi g 2 the di a gr a m of s ec t or d ef i ni t i o n 3 2 2 矢量 合成 和 作用 时 间计 算 在一 个 开关 周 期 内，对 于一 个给 定 的参 考矢 量 。 r ，可 以选择其所在扇区 内的两个基本矢量 和 来 合成 ，但 和 不 能互 为冗 余 矢量 。根据 伏。 秒 平衡 原理 ，应满 足方 程 组 + = v ref k ( 4 ) 【 + = 式中， 、 分别为矢量 ， 对应的作用时间。 解此 方 程组 可得 f 7 1 一 ( f 一 ) 一 ( 5 ) 【 = r a 3 2 3优 化 p wm 信 号生 成 表 2给 出了每个扇区的基本矢量与 和 矢 量 的对应关系 。由表 2可知，每个扇区内的冗余基 本矢量 的选取 ，是 由中点 电位控制函数 的符号决 定 ，因此 中点电位控制器被嵌入该单相 s vp wm 算 法 中。 表 2基本 矢 量与 和 的对 应 关系 ta b 2 t h e r e l a t i o n s h i p s o f t h e b a s i c v e c t o r s a n d 扇 区 符号 一 1 1 1 l 一1 1 1 l 一1 1 1 l 一1 1 l 函数 s 矢量 i i 1 ( 1 0 )v 2 ( 1 1 ) i 1 ( 1 0 )v o ( o 0 )v o ( o 0 )v 3 ( o 1 ) ( 一 1 1 )v 3 ( o 1 ) 矢量 ( 1 1 ) v 4 ( o 一 1 ) v o ( o 0 ) v 4 ( o 一 1 ) v 6 ( 一 1 o ) v o ( o o ) v 6 ( 一 1 0 ) ( 一 1 1 ) 任何扇区内的矢量作用顺序均为 一 一 ， 相 应 的作 用 时间 为 t a 2一 一 2 。 在 一个 正 弦调 制 周 期 内，扇 区顺序 可 以表 示为 ： i i i i i i i vi i i i i i 。 4单相三 电平载波 s p wm ( t l c s p wm) 调 制 4 1 传 统 的单相 单 极 性 t l c s p wm 调制 传 统 的 单相三 电平单 极性 t l c s p wm 调制 是 采 用 两个 三 角 载波 与 调制 信 号相 比较来 生 成 p wm 信 号 。 图 3 给 出 了一 个 开 关 周 期 内的 单 极性 t l c s p wm 调制 示 意 图 ， 其 中 c+ ll c 一 分 别 为正 向 载波和负向载波信号，u 和 分别为 a 相和 b相归 一 化 后 的调 制信 号 ，且满 足 如下 关系 “ a=一 =u a b ( 6) c + | f 一 。 ： ： c l - l i i _- i l ； l i _一 _ 1 o 0 0 l 0 - 1 l 0 0 1 o 图 3 一 个 开关 周期 内单 极性 t l c s p wm 示意 图 fi g 3 t h e u n i po l a r tlc s pw m s c h e m e i n a s wi t c h i n g p e r i o d 2 0 0 、 ，、 一 一 l 1 一 ， ， 、，l = 2 甜 一 ，l n g s = 。 。 上 1 1 3 4 电 工 技 术 学 报 2 0 1 2年 6月 f 1 c + s i = 0 c 一 “ f c + i = a ， b ( 7 ) i - 1 f c r a a + u z ab + u z ( 8 ) l i b： b + z=一 甜 a b+甜 ， c + i i 、 h u z 、 + ， c f c_ 、 。 - u b + u z l o o 0 1 o oo o l 00 l i 图 4 零 序 分量 注入 的 t l c s p wm 调制 示 意 图 f i g 4 tcl s pw m m o d u l a t i o n s c h e me wi t h z e r o s e q u e n c e v o l t a g e i n j e c t i o n 由图 4和 式 ( 8 )可知 ，在 0 u a b0 5区域 中 ， 当 s = - 1时 ，u b + u z = 0 ，则 u z =u a b ，u a + z = 2 b a b 。 当 s = i时 ， 。 + 甜 = 0 ，贝 0 u z = 一u a b ，“ b + = 一 2 u a b 。表 3 给 出了在 一个 正弦 调制 周 期 内，注 入零 序分 量 后 的 调 制信 号及 其输 出 的状 态 。且 p wm 脉冲 输 出 的状态 顺序 为( ) 一( ) 2 一( ) 。 。 表 3 零序 分 量注 入 的调制 信号 及其 输 出状 态 ta b 3 t h e mo d u l a t i o n s i g n a l s a n d t h e o u t p u t s t a t e s s a s b wi t h z e r o - s e q u e n c e v o l t a g e i n j e c t i o n s 一1 l 一1 a+“ z 1 2 u a b -1 2 u a b “ b + “ 1 -2 “ b一1 0 ( 岛s b ) 1 ( 1 0 ) ( 1 - 1 ) ( 1 0 ) ( 冀瓯) 2( 1 1 ) ( 0 1 ) ( 0 0 ) l 一1 1 0 2 u a b 0 2 u a b 0 2 u a b ( 0 0 ) ( 0 o ) ( 0 1 ) ( 0- 1 )( 一 1 0 )( 0 0 ) 一l 1 1 2u b +1 1 2u a b 1 ( 一 1 1 ) ( o 1 ) ( 一 1 0 ) ( 一 1 1 ) 根据表 3 ，为了计算零序分量 ，首先作如下 定义 k = 1 u a b 0 5 00 5 g a b 0 5 (9) 一 1 u a b 一 0 5 则 在整 个调 制信 号 的所 有 区域 ，零序 分 量 “ 可 以统一 表 示为 u = s ( 2 k 一 1 ) u b k ( 1 0 ) 图 5 给 出了注入零 序分量后 a 相 调制信 号 “ + 、 a相调制信号 “ 、零序分量 甜 以及中点电位控制函 数 的示 意 图 。 1 2 9 0 1 2 9 5 1 3 0 0 1 3 0 5 1 3 1 0 1 3 l 5 1 3 2 0 时间f s 图 5 零 序 分量 注入 的调 制信 号 示意 图 fi g 5 th e d i a g r a m o f mo d u l a t i o n s i g n a l wi t h z e r o s e q u e n c e v o l t a g e i n j e c t i o n 5单相 s vp wm 与 tl c s p wm 的统一 针 对零 序 分量注 入 的单 极性 t l c s p wm，以区 2 0 2 l o 1 1 o 1 一 ； d 1 一 ； d ) 一 j d ) 旱 j 器器 晕 i 器 逛幕孵 l 5 o 5 o o 1 1 。 。 上 一 s s 第 2 7卷第 6期 宋文胜等 一种单相三电平 s vp wm 调制与载波 s p wm 内在联系 1 3 5 域 0 g a b0 5为例 ， 当 s = - 1时 ， 状 态( ) 1 = ( 1 0 ) 、 ( ) 2 = ( 0 0 ) ， 在一个开关周期 内相应 的作用时间 和 可分 别表 示 为 j 711 “ ( 1 1 ) i = ( 1 2 u a b ) t s 同理 ，当 s = i 时 ，状 态 ( ) 1 = ( 0 0 ) 、( s a ) 2 = ( 0 1 ) ，相 应 的作用 时 间 1 和 可表 示 为 j r l ( 1 - 2 u ) ( 1 2 ) l z 【 = 2 u 2 b t s 针对单相 s vp wm调制， 在区域 0u a b 一 5 0 一 1 0 o 一 1 5 0 1 1 5 o 1 0 o 5 o o - 5 0 1 o o 1 5 o 1 ( a )传 统的 t l c- s p wm 算法 ( b )s v p wm 算法 图 6 网侧 电压 u 和电流 f 仿真波形 f i g 6 s i mu l a t i o n r e s ul t s o f t h e ma i n v o l t a g e u s a n d t he l i ne c ur r en t i s 迥 馨 譬 辅 理 馨 窖 燃 ( a ) 传 统 的 t l c- s p w m 算 法 ( b ) s vp w m 算 法 ( 基 波( 5 0 hz )幅值=1 9 8 6 ， ( 基 波( 5 0 hz )幅值=2 o 1 4 ， t hd = 4 9 4 )t h d= 3 6 2 ) 图 7 网侧 电流 i 的 f f t频谱分析仿真波形 f i g 7 s i mu l a t i o n r e s ul t s o f f ft a n a l y s i s f o r fre q u e n c y s pe c t r um of t he l i ne c ur r e nt i s 图 8 a和 图 8 b分 别给 出了传 统 t l c s p wm 和 该 s v p wm 算法 的输入端 电压 u b 仿真波形。图 8 b 中的脉 冲个 数 比 图 8 a中脉 冲 个数 少 ， 原 因在 于 在一 个调制信号周期内，该 s vp wm 算法中的开关切换 次数至少要比传统 t l c s p wm 算法中的开关切换 次 数低 2 5 。 0 1 lf i ( a )传统的 t l c s p wm 算法 ( b )s vp wm 算法 图 8 输入端电压 “ b 仿真波形 f i g 8 s i mu l a t i o n r e s ul t s o f t h e i n p u t p o r t v o l t a g e u a b 为验 证 该 s vp wm 算 法 的 中 点 电位 控 制 有 效 性 ，图 9给 出了该 s vp wm 算法 的直流侧两 电容上 电压 和 “ ： 仿真波形，在 0 s 起始时刻 ，两 电容上 电压 “ 1 和 u 2 的初始 值 存在 1 5 0 v 偏差 。 由图 9可 知 ， 这 种s vp wm 方法 都 具 备 直 流侧 中点 电位 平 衡 能 图 9直 流侧 电压 u l 和 2 仿 真波 形 ( s vp wm) fi g 9 s i m u l a t i o n r e s u l t s o f dc- l i n k v o l t a g e ul a n d u 2 ( s vp wm) 6 2 实 验研 究 为了进一步验证该 s vp wm 算法 的可行性和有 效性，在小功率实验样机上进行 了实验测试，测量 工具 为泰 克 t d s 2 0 2 4数字 示波 器 。 图 1 0给 出了 网 侧电压 “ 。 与电流 f 。的霍尔传感器输 出电压实验波 形，其中电压霍尔传感器 的变比为 2 2 0： 3 ；电流霍 尔 传感 器 的变 比为 2 5： 3 。从 图 1 0可 知 ，网侧 电压 和 电流 实现 了同相 位 。 t ( 1 0 ms 格) 图 l 0 网侧电压 u 和 电流 i 。 的霍尔传感器输 出电压实验 波 形 fi g 1 0 ex p e r i me n t a l r e s u l t s o f ha l l s e n s o r v o l t a g e s o f t h e m a i n v o l t a g e s a n d t h e l i n e c u r r e n t i s 图 l 1 给 出了输 入端 电压 “ 。 b 的实验 波 形 ， 由图 l 1 可 知 ， 该 s vp wm 算 法 能够 实现 输入 端 电压 为五 邑 适 j一 ： t ( 2 5 ms 格) 图 1 1 输入端电压 u b 实验波形 fi g 1 1 ex p e r i me n t a l r e s u l t o f t h e i n p u t p o r t v o l t a g e u a b 第 2 7卷第 6期 宋丈胜等 一种单相三 电平 s vp wm 调制与载波 s p wm 内在联系 1 3 7 电平 的脉冲 波 形 ，且在 一个 调 制信 号 周期 内，其 脉 冲数约为 5 0个 ， 也即开关频率与调制信 号频率之 比 ( 2 5 0 0 5 0 ) ，这 也是 验证 了网侧 电流 由开关 切 换 引起 的高次谐波分布在开关频率附近的原因。 图 1 2给 出了直流侧两电容上 电压 1 和 甜 2 的实 验波形 ，在控制程序 中，在整流器启动工作前 1 0 0 s 内，p wm 算法 中只选取矢量 ( 0 0 ) 、 ( 0 1 )和 ( 一 1 0 )作 为基 本矢 量 ，也 即相 当于 该 整流 器工 作 两 电平 拓 扑 结构 状 态 ， 输入 端 电压 有 0 ， ：和 一 ： 三 种 电平 。从而 导 致 电容 c 上 的 电压 “ 1 为 0 v，电 容 上的电压 2 为 i 5 0 v。 在 1 0 0 s 后，调制算法切 换为本文所提 出的 s vp wm 算法 ，由图 1 2可知， 该 s vp wm 算法 能够 快速 平 衡 中点 电位 。 婆 言 ： ： ： ： = ： ： ： ： ： - 0 0 0 0 一 ： ， t ( 2 5 0 ms 格) 图 1 2 直流 侧 电压 l 和 ” 2 实验 波形 f i g 1 2 ex p e r i me n t a l r e s u l t s o f dc l i n k v o l t a g e ul a n d u 2 总之 ， 从 以上 仿真 和 实验波 形 可知 ， 该 s vp wm 算法能够应用在单相三电平 np c整流器系统中， 实 验 结 果验 证 了该 s v p wm 算法 的可行 性 ，也验证 了 中点 电位 控制 的有 效 性 。 7 结论 本文 以单相三 电平 np c整流器为研究对象， 提 出了一种优化 的单相 s v p wm 算法，该 s v p wm 内 嵌入 了 中点 电位控 制 功 能 。为 了实现 在单 相 s p wm 算法中嵌入中点 电位控制功能，提出了一种基于零 序 分 量 注 入 的单 相 单 极 性 三 电平 载 波 叠 层 s p wm 算法，并详细给出了零序分量 的设计方法。通过理 论分析 ，该 s v p wm 本质上是一种基于特殊零序分 量注入 的 s p wm算法，仅实现方式不 同。与传统单 相 三 电平 单极 性 s p wm 算 法相 比较 ， 这 两种 方法 能 有效地减小开关切换次数 ，减小开关损耗，但其缺 点是 网侧 电流 的 高次 谐波 分布 在 开关 频 率 附近 。最 后 ， 通过计算机仿真和小功率单相三电平 np c整流 器样机实验平台的测试实验 ，验证该 s vp wm 算法 及其中点电位控制 的可行性和有效性 ，该算法也适 用 于单 相三 电平 np c结构 的逆 变 器 。 参考文献 1 黄济荣电力牵引交流传动与控制 m 北京：机械 工 业 出版 社， 1 9 9 8 2 冯 晓云 电力牵 引交流传 动及其控制系 统 m】 北 京：高等教育出版社， 2 0 0 9 3 os a wa c ，ma t s u mo t o y，mi z u k a mi t，e t a 1 a s t a t e s pa ce m o del i ng a nd a neu t r a l poi nt vol t a ge c o n t r o l f o r a n np c p o we r c o n v e r t e r c p o we r co n v e r s i o n co n f e r e n c e ，1 9 9 7 ： 2 2 5 - 2 3 0 4 c h a n g g， l i n h， c h e n s mo d e l i n g c h a r a c t e r i s t i c s o f h a r mo n i c c u r r e n t s g e n e r a t e d b y h i g h s p e e d r a i l wa y t r a c t i o n d r i v e c o n v e r t e r s j i e e e t r a n s a c t i o n s o n po we r de l i v e r y ，2 0 0 4 ， 1 9 ( 2 ) ： 7 6 6 7 7 3 【 5 s o n g w， f e n g x， ya n g s ， e t a 1 de a d t i me e f f e c t a n d a n e u t r a l p o i n t v o l t a g e c o n t r o l for a s i n g l e - p h a s e npc c o n v e r t e r c t h e 1 l t h i n t e r n a t i o n a l co n f e r e n c e o n el e c t r i ca l m a c hi ne a n d sys t e ms ，2008：1 421 1 426 6 易龙强，戴瑜兴s vp wm 技术在单相逆变 电源中 的应用 j 电工 技术 学报 ， 2 0 0 7 ， 2 2 ( 9 ) ： 1 1 2 1 2 7 yi lo n g q i a n g ， da i yu x i n g s vp w m t e c h n i q u e a p p l i e d t o s i n g l e p h a s e i n v e r t e r p o we r j t r a n s a c t i o n s o f c h i n a e l e c t r o t e c h n i c a l s o c i e t y ， 2 0 0 7 ， 2 2 ( 9 ) ： 1 1 2 1 27 7 】 s a l a e t j ， al e p u z s ， gi l a b e rt a， e t a 1 d q mo d e l i n g a n d c o n t r o l o f a s i n g l e p h a s e t h r e e l e v e l b o o s t r e c t i f i e r wi t h p o we r f a c t o r c o r r e c t i o n a n d n e u t r a l - p o i n t v o l t a g e b a l a n c i n g c i e e e p o we r e l e c t r o n i c s s p e c i a l i s t s co n f e r e n c e ， 2 0 0 2 ： 5 1 4 5 1 9 8 s a l a e t j ，gi l a b e r t a，bo r d o n a u j ，e t a 1 no n l i n e a r c o n t r o l o f n e u t r a l p o i n t i n t h r e e l e v e l s i n g l e - p h a s e c o n v e r t e r b y me a n s o f s wi t c h i n g r e d u n d a n t s t a t e s j e l e c t r o n i c s l e t t e r s ， 2 0 0 6 ， 4 2 ( 5 ) ： 3 0 4 - 3 0 6 9 宋 文胜 ，冯 晓云 ，蒋 威一种 单 相三 电平 np c 整流 器 的 s vp wm 控制方法 j _电工技术学报， 2 0 0 7 ， 2 2 ( 7 ) ： 6 9 7 3 s o n g w e n g s h e n g ，f e n g xi a o y u n ， j i a n g w e i a s p a c e vol t a ge pul s e wi d t h m o dul a t i o n me t hod f or s i ngl e p h a s e t h r e e l e v e l np c v o l t a g e s o u r c e r e c t i fi e r j tr a n s a c t i o n s o f ch i n a el e c t r o t e c h n i c a l s o c i e t y ， 2 0 0 7 ， 2 2( 7 ) ： 6 9 7 3 1 0 】s o n g j ， c h o s ， c h o y i ， e t a 1 ne w p wm me t h o d for s i n g l e p h a s e t h r e e l e v e l p wm r e c t i fi e r s c p r o c e e 1 3 8 电 工 技 术 学 报 2 0 1 2年 6月 d i n g s o f t h e i n t e r n a t i o n a l s y mp o s i u m o n i n d u s t r i a l el e c t r o n i c s ，1 9 9 7 ： 28 3 - 2 8 7 【 1 1 原熙博，李永东，王琛琛基于零序分量注入 的三 电平 p wm 整流器 目标优化控制 j 电工技术学报， 2 0 0 9 ， 2 4 ( 3 ) ：1 1 6 1 21 y u a n xi b o ，l i yo n g d o n g ，wa n g c h e n c h e n ob j e c t o r i e n t e d o p t i m a l c o n t r o l me t h o d f o r t h r e e l e v e l p w m r e c t i f i e r b y z e r o - s e q u e n c e v o l t a g e i n j e c t i o n j tr a n s a c t i o n s o f ch i n a e l e c t r o t e c h ni c a l s o c i e t y ， 2 0 0 9 ， 2 4 ( 3 ) ： 1 1 6 1 2 1 1 2 】宋强，刘文华，严干贵，等 基 于零序 电压注入的 三 电平 np c 逆变器中点 电位平衡控制方法 j 中 国电机工程学报， 2 0 0 4 ， 2 4 ( 5 ) ： 5 7 6 2 s o n g qi a n g ，l i u we n h u a ，ya n ga n g u i ，e t a 1 a n e u t r a l -po i n t p o t e n t i a l b a l a n c i n g a l g o r i t h m for t h r e e - l e v e l np c i n v e r t e r s b y u s i n g a n a l y t i c a l l y i