三电平三相逆变器27空间矢量速记法.doc

三相三电平逆变器空间电压矢量速记法张庆范 山 东 大 学二极管中点箝位式NPC(Neutral Point Clamped)三相三电平逆变器,每相桥臂有四个电力电子器件T1、T2、T3、T4，四个续流二极管D1、D2、D3、D4，二个箝位二极管D5、D6。每相桥臂可以安排三种开关状态，若用Sa 、Sb 、Sc 表示A、B、C三相桥臂的开关状态，则Sa 、Sb 、Sc应是三态开关变量。用Sa 变量表示A相桥臂开关状态。若T1、T2断，T3、T4通，Sa = 0，A接电源负端，Va0、=-VD/2若T1、T4断，T2、T3通，Sa = 0，A接电源0端，Va0、=0若T3、T4断，T1、T2通，Sa = 0，A接电源正端，Va0、=+VD/2A相桥臂开关Sa开关变量状态Sa1 (T1)Sa2(T2)Sa3(T3)Sa4(T4)VA0输出电压Sa开关状态1100+VD/22P011001O0011-VD/20N定义三相桥臂三态开关变量Sa Sb Sc，每相桥臂开关Sa 、Sb 、Sc都有三种开关状态0、1、2（或N、O、P，-1、0、1）。Sa = 0、1、2 Sb = 0、1、2 Sc = 0、1、22Sa2Sb2Sc111000三相三电平逆变器共有33=27种开关状态，开关状态为（Sa Sb Sc）3，每一种开关状态（Sa Sb Sc）都对应一组确定的电压Va0、Vb0、 Vc0，从而对应一个确定的空间电压矢量V。对应的27个特定空间电压矢量是V0、V1、V26，定义矢量（Sa Sb Sc）的各个矢量为：V0(000),V1(001),V2(002),V3(010),V4(011),V5(012),V6(020),V7(021),V8(022),V9(100),V10(101),V11(102),V12(110),V13(111),V14(112),V15(120),V16(121),V17(122),V18(200),V19(201),V20(202),V21(210),V22(211), V24(220), V25(212),V26(221),V27(222)。以上用文字叙述的方法记住这27种空间电压矢量，确实是件不容易的事，不如发明一种新的快速记忆方法空间电压矢量速记法。空间电压矢量速记法C相3列9行0、1、2B相9行3列0、1、2A相9行3列0、1、2。sasbscsasbscsasbscV0000001002V3010011012V6020021022V9100101102V1211011111218200201202V21210211212V24220221222A相输出端A对电源终点0的电压Va0可用A相开关变量Sa与直流输入电压VD表示。Va0 =（Sa -1）/2 Sa = 0、1、2, Va0 =-VD/2 、0、+VD/2。输出线电压为：Vab= Va0- Vb0=（Sa -Sb）/2 。 3.DC/DC变换电路 直流斩波电路Buck降压斩波电路Boost升压斩波电路Buck-Boost两象限可逆直流斩波电路四象限直流斩波电路 (a) 多电平变换器的基本单元 (b) 基本单元的串联 (c) 基本单元的并联图1-14 多电平变换器的基本单元及其串、并联4.DC/AC变换电路单相逆变电路 画出两基本单元电路的并联电路图；三相逆变电路 画出三基本单元电路的并联电路图；三相电压型逆变器三相三电平逆变器利用两个IGBT器件（两桥臂）串联电路作为基本单元，设计IGBT变换器电路。 二极管箝位三电平三相电压型（IGBT）逆变器。画出一相（两基本单元电路的串联）主电路电路图。空间矢量PWM方法(SVPWM)多电平SVPWM方法和两电平SVPWM方法一样，是一种建立在空间矢量合成概念上的PWM方法。多电平SVPWM方法是由两电平SVPWM推广所得到的。以三相三电平电路为例，它的每一相可输出正(P)、零(O)、负(N)三种状态，如果将三相的3种状态进行组合，则三相三电平逆变器可能输出3=27种状态，由此可画出三相三电平的六角形空间矢量图，如图1-18所示。其中24种为非零矢量(有六种空间位置重合)，3种零矢量，这24种非零矢量将圆周分为12个30区域(两电平是6个60区域)。并且空间电压矢量的模不再是如两电平中固定为直流侧电压Vdc，而是有Vdc、Vdc/2、Vdc/2三种情况。因此，可以认为多电平逆变器空间电压矢量法的控制思想与两电平SPWM是一致的：对某一个参考电压矢量，用所在区域相应的电压矢量适时合成，切换所得。不同点在于多电平SVPWM的电压矢量更“密集”，模大小可选择的种类更多，合成时“过渡”更自然，所合成磁链更接近圆磁场，因而控制更精确，输出电压谐波更小。空间电压矢量法是一种较为优越和应用广泛的多电平逆变器PWM方法，其优越性表现在：在大范围的调制比内具有很好的性能；无需其它控制方法所需存储的大量角度数据；直流电压利用率高等。当然这一方法应用在五电平以上的场合，会存在控制算法过于复杂的问题。图1-18 三相三电平空间矢量图1.1.1. 二极管箝位型多电平逆变器5678图1-1所示是二极管箝位型五电平逆变器的单臂电路结构。分压电容，因此；每相桥臂有8个开关器件S1S8串联，每4个开关器件同时处于导通或关断状态，其中(S1，S5)、(S2，S6)、(S3，S7)、(S4，S8)为互补工作的开关对，也即当其中的一个开关导通时，另一个一定关断；反之亦然；Dc1，Dc1, Dc2，Dc2, Dc3，Dc3为箝位二极管。五电平逆变器的输出电压及其对应的开关状态如表1-1所示。对于n电平的二极管箝位型逆变器拓扑，每个桥臂需要(n-1)个直流分压电容，2(n-1)个主开关器件，(n-1)(n-2)个箝位二极管。通过组合三个相同的单臂电路，利用相同的分压电容，可以容易得到三相电路，如图12所示。表1-1 二极管箝位型五电平逆变器输出电压与开关状态之间的关系输出电压开