Ｚｈｕａｎｇｂｅｉ Ｙｉｎｇｙｏｎｇ Ｙｕ Ｙａｎｊｉｕ◆装备应用与研究Ｉ 三相四线制三电平逆变器调制算法研究 李飞何凤有 （中国矿业大学电动学院，江苏徐州２２１００８） 摘要：传统三相三线制三电平ＳＶＰＷＭ调制算法以其较高质量的输出电压和较高的直流母线电压利用率获得了广泛的应用。但对 于三相四线制系统，因为中线的存在，传统算法并不适用。鉴于此，分析三相四线制三电平拓扑下的３Ｄ—ＳＶＰＷＭ调制算法，并通过仿真 进行验证。 关键词：三相四线；三电平；３Ｄ－ＳＶＰＷＭ；逆变器 ０ 引言 三相四线制三桥臂逆变器由于中线直接和母线中点相 连，具有零序补偿能力，因此广泛应用于三相四线制系统［１］。中 点箝位型三电平拓扑由于ｄｕ／ｄｔ低，开关应力小，因此被广泛用 作三相四线制电容中分式逆变器的主电路拓扑Ｅ２２。 三相四线制三电平逆变器的调制算法主要有基于叩０坐 标系和 ｃ坐标系下的三维空间矢量调制。但 Ｏ坐标系下的 三维调制策略［３］过于复杂，不如Ⅱ６ｃ坐标系下的调制策略简洁， 因此本文着重介绍ａｂｃ坐标系下的三维空间矢量调制策略 。 １ ａｂｃ自然坐标系下通用三维调制策略 三相四线制三电平三桥臂逆变器拓扑如图ｌ所示，负载中 线直接与电容中点相连。 图１三相四线制三电平三桥臂逆变器拓扑 为了使调制策略在三维空间矢量下显得更加简洁，分别 对三电平电容中分式的２７个基本电压矢量和三相参考电压以 单个电容电压 进行标幺： ￡ ｇ ，ｂ，ｃ） （１） ｈ 蜓＋１ （２） ／／￣ｄｅ ％ 旦盟＋１ Ｕｄｅ 式中，Ｈ Ｍ、“。 分别表示三相参考电压矢量； Ｖｂｒｅｆ、口。 别 表示参考电压矢量经过‰标幺后在ａｂｃ坐标系下的各个分量。 式（２）中标幺后的参考电压每一相加１，是因为 ｃ坐标系 下的各相坐标范围是［０，２］。 基金项目：国家重点研发计划课题（２０１６ＹＦＣ０６００９０６） 三电平电容中分型拓扑共有２７个矢量，其在ａｂｃ坐标系下 的分布如图 图２ ａｂｅ坐标系下矢量状态分布 ａｂｃ坐标系下的通用三维空间矢量调制策略具体实施过程 如下： １．１ 确定参考电压矢量所在的子立方体空间 对标幺后的三相参考电压进行向下取整，则三相参考电 压的整数部分为： ｆａ＝ｉｎｔ０ ｛ｂ＝ｉｎｔ（口ｈ （３） ｉｃ＝ｉｎｔ 耐） 坐标（ｏ，ｂ，ｃ）便是参考电压矢量所在的子立方体空间的最 小顶点坐标，将其作为子立方体空间的原点０ 。需要注意的是 ｏ 在ａｂｃ坐标系下的坐标为（。，ｂ，ｃ），但其在子立方体空间即 ａ＇ｂ ｃ 坐标系下的坐标则为（０，ｏ，０）。参考电压矢量可在该子立 方体空间内选择合适的基本电压矢量进行合成。子立方体空 间确定的示意图如图３所示。以０ 作为原点，在子立方体空间内 三相参考电压将修正为： ｆｕ 啊ｒ。 ｛ｕｂ－－ｖ￣ｆ－ｂ （４） 【 ｃ 图３确定ａｂｅ坐标系下子立方体空间 机电信息２０１７年第ｌ２期总第５１０期３９ ＿装备应用与研究◆ｚｈｕａｎｇｂｅｉ Ｙｉｎｇｙｏｎｇ Ｙｕ Ｙａｎｊｉｕ １．２确定目标电压矢量所在的小四面体 一ｊ。厂、 ｌｂ ● ／、 个子立方体空间可以用＿三个 ｔｚ面分割成六个小旧面 体，如图４所示。每个小四面体含有四个欠量，』Ｔｊ Ｊ 合成｝Ｊ标电 压矢量。根据修正后的三相目标电压１１ 、Ｉ，ｔｃ的人小天系 判 ／＞ 、！ ／ ／ ，＞ 一Ｉ 、、 ／＼／ ／ ＼ ～／ ＼ ．．／／ ＼ ，＼、一， ＼ ＼ 断出目标电压矢量位于子立方体中具体的小 面体。 ｌ给出 了小四面体判据，其中Ｉ～ＶＪ分别代表 面体的序号。 方体空 小叫 ０ Ｏ２ ０ ０３ ０（）４ ０ｔ）５ ０ ０６ ０ ０７ ０（）８ 图５三相负载电流 、 Ｉ＿ ｌ ＿—ｌ Ｉ＿ ｌＩｌ｜ Ｉ 图６ ＡＢ相线电压 图５为负载ｊ市Ｈ电流波形，ｊ相电流正弦度较好。…１－互 相负载电阻不对称，三相负载分别为３ ｎ、４ ｎ、５ ｎ，理论卜 图４子立方体空间分割示意图 表１小四面体判据 小四面体序号 Ｉ ＩＩ 相电流Ｉ幅值分别为６．７ Ａ、５ Ａ、４ Ａ，图５中的电流波形幅值 论值相符。图６为ＡＢ相线电压，线电压为五电 ，“个＿乜平分 小四面体判据 “ｂ≤ ≤“ Ⅱ ≤ｆ』ｃ≤ 别为一４８ｖ、一２４Ｖ、０Ｖ、２４Ｖ￣Ｉ１４８Ｖ，符合二电平｝ｊｉ扑的特点。 ３结语 本文针对ｃ Ｏ坐标系下三维空问矢量渊制的复杂性，介 坐标系下的三维调制策略。该方法无需进行复杂的扇 选 ＩＩＩ ｌｖ Ｖ ≤ ≤“ “ ≤“ａ≤ “ ≤Ⅱｂ≤ｕ Ⅵ “ ≤“ｈ≤“ 择，只需简单的取整运算使能确定参考电压矢量所 的 方体空间，相对于 Ｏ坐标系下的ｉ维调制火人降低＿，运算 量。且该方法矢量合成过程中的运算也较为简沽，均足简 的 加减运算。 为验证 ｃ坐标系下二三维调制策略的正确 ，往一电 逆 变器Ｌ进行 相哭的仿真验证。仿真结果证叫ｒ 制算法的 有效性。 １．３确定各矢量占空比 在确定了小四面体后，需＿｝＿｝ｊ 面体的 个欠量埘参考电 压进行合成。设四面体的四个矢量分别为（ ， ｛， ），（ ：， ， ），（ ， ｊ，ｓ ）和（ ：，ｓ：，ｓ ），矢量作用的占空比分别为ｄ ，ｄ Ｚ 和 ｒＺ ，矢量的发送顺序遵循矢量切换时只有一相的开＿哭状态发生 变化，以减小开关损耗。根据伏秒平衡定律，叮以得剑： ｛ｖ￣＝ｓｆｌ。 ：ｄ２ ３以＋ｒ ｉｄ ［参考文献］ ｊ？，ｂ＝ １＋４ｄ２ ３ ４ ＝Ｉ ｄＩ＋ ｄ２斗 ｄ３＋ ，４ ｉｄＩ＋ｄ２＋ｄ ｄ４＝ｌ … ［１］乐健，姜齐荣，韩英铎．基十统一数学模 的 杆１叫线ｊｉ：联 源电力滤波器的性能分析［Ｊ］．中 电机工 学报，２００７，２７ （７）：ｌ０８一ｌ１４． ［２１宋文祥，陈罔呈，束满堂，等．中点箝化式 电、卜逆变器 矢最调制及其中点控制研究［Ｊ］．巾围电机ｌｌ【：稃学报，２００６， ２６（５）：１Ｏ５一ｌＯ９． ２仿真验证 为验证本文所提出的三相四线制三电平简化调制策略的 正确性，在三相四线制三电平开环逆变器上进行仿真实验。一 ［３］唐健，刍ｌ５旭东，余煦，等． 卡Ｈ四线制 电 桥忖仃源滤波 相四线制三电平逆变器三相参考电压直接给定，后级使川ＬＣ 滤波器输出。输出侧接三相不平衡电阻负载，构造ｌ』Ｊ一！相 平 衡的负载环境。系统仿真参数如表２所示。 表２系统仿真参数 直流侧电压（全母线） 三相参考电压幅值 直流侧电容值 ＬＣ滤波器电感、电容 Ａ、Ｂ、ｃ相负载 ４８ Ｖ ２０ Ｖ １ ３５０Ｘ ２ＩｘＦ ４ｍＨ、２ ２ＩｘＦ ３ｎ、４ｎ、５ｎ电阻 器中点平衡控制策略［Ｊ］．＿Ｉ１旧电机丁＝程学报，２００９，２９（２ ： ４Ｏ一４８。 ［４］耿乙文，伍小杰，劂德佳，等．基于改进型比例惜振控制器的 ｉ相四线制光伏发电和仃源滤波器系统［１】］．Ｉ也】：技术学 报，２Ｏｌ３，２８（８）：１４２—１４８． 三相四线制三电平三桥臂拓扑的输出抖】电 最大 ｆｆ｛为 单个电容电压，本设计中单个电容电压为２４ ｖ—ｉ相参考电压 幅值给定为２０ Ｖ，小于２４ Ｖ，因此设计合理。仿真结 图６所示。 收稿日期：２０１７一Ｏ３ ２８ 图５、 作者简介：李 （１９８２），男，江苏徐州人，博－ｔ：ｔｇｆ究＂１－，｛ＩＪ『宄 方向：电力电子与电力传动。