三电平逆变器中点电压平衡的电压空间矢量控制原理及算法

3 中点电压平衡空间电压矢量控制原理及算法

定义三电平逆变器合成空间参考电压矢量如下：

VREF=(Va＋Vb·ej2π/3＋Vc·ej4π/3)=m·（1）

式中：Va、Vb和Vc为输出三相电压；

Vpn=为合成电压模值；

m为系数，是SVPWM的调制度，它表示输出相电压实际的电压幅值Vm蛴胱畲罂赡芎铣上嗟缪狗值之间的比值，即m=≤1。

因为三相三电平的对称性，本文只考虑0θπ/3的情况。在每一实时采样中，任一参考电压可以由与它相邻的三个电压矢量来合成。根据参考电压合成区域的不同，可以将0θπ/3内分为四个不同的三角形区域来讨论中点电压平衡问题。如图3所示，首先考虑外部小三角形参考电压的合成。对于图3的阴影部分的参考电压合成表达式如下：

VREF=DsoVso＋DMVM＋DLVL（2）

式中：Dso为短矢量的占空比，Dso=tso/Ts；

DM为中矢量的占空比，DM=tM/Ts；

DL为长矢量的占空比，DL=tL/Ts。

图3 外部小三角形区域电压合成

根据平行四边形法则可知：

（3）

由式（3）可得：

(4)

在外部小三角形区域，有两个因素决定了中线电流。一个为不能调节的中矢量，另一个为可调节的短矢量。其中在Dso期间，可以通过正（onn）和负（poo）短矢量来调节中线电流。所以，短矢量Vso(onn)的占空比可以表示为(1＋mso)Dso/2；而短矢量Vso(poo)的占空比可以表示为(1－mso)Dso/2。其中mso正或负短矢量的调制度mso∈[－1，1]。因此中线电流可以用下式表示：

iNP=DM·ib＋mso·Dso·ia（5）

从式（5）看到，调节mso可以控制中线电流的大小和方向，从而控制了中点电压的平衡。但是中线电流还受到负载电流及占空比的影响，它们将制约中点电压的平衡。

在如图4的中部小三角形参考电压的合成中,中点电压可由两个不同方向的短矢量调制平衡。它的参考合成矢量可以表示为：

（6）

同时：

（7）