有功无功对三电平中点不平衡的影响

摘要：在原有空间矢量中点电位分析的基础上，分析了中点偏移和波动与三电平变流器有功功率和无功功率的关系。将中点电流表达式Park变换到同步旋转的d，q坐标系中，然后分别分析d轴(有功)和q轴(无功)对中点电位的影响。先利用仿真分析得出结论，然后再通过实验验证结论的正确性。实验结果表明，有功功率主要影响中点电位的偏移，无功功率主要影响中点电位的波动。
关键词：交流器；中点电位；开关矢量；空间矢量

1 引言
与传统两电平变流器相比，三电平变流器具有耐压等级高、开关损耗低、输出谐波低等优点，在高压大功率应用中表现出明显优势。但三电平变流器存在一个固有问题，即中点电位不平衡。如果电容电压严重不平衡，不仅大大增加输出电压的谐波，还有可能损坏开关器件和直流侧电容。
目前，中点电位不平衡处理方法主要有：①采用两个或多个直流源；②采用附加的功率器件，向中点注入或抽出电流；③选择合理的矢量作用时间和顺序。其中方法①和②增加了系统的复杂性，而方法③多是针对SVPWM的特性和中性点电位失衡的关系，缺少了其他量的关系。此处在空间矢量与中点电位失衡关系基础上，通过将三相电流矢量和开关矢量Park变换为d，q轴分量，分别分析了它们对中点电位偏移和波动的影响。

2 三电平拓扑、电压矢量和电流矢量
2．1 拓扑和电压矢量
目前三电平变流器的拓扑主要有飞跨电容式、级联式和中点箝位式，在此主要针对中点筘位式三电平拓扑进行分析，图1为中点箝位式三电平变流器拓扑。

定义Sk为三电平变流器的开关函数为：

式中：VSk1～VSk4为k相桥臂的4个开关。