解析三电平光伏并网逆变器共模电压SVPWM抑制
三相光伏并网逆变器SVPWM电流控制技术研究
三相光伏并网逆变器SVPWM 电流控制技术研究1 并网逆变器的数学模型三相电压型并网逆变器拓扑结构示意图如图一所示。
Esa 、Esb 、Esc 是三相电网相电压，Va 、Vb 、Vc 是逆变器交流侧三相输出电压，它们均是以三相电网电压中性点为参考点。
ia 、ib 、ic 是电网三相线电流。
L 是网侧滤波电感，R 是等效串联电阻，Udc 是直流母线电压。
图 1 并网逆变器拓扑结构图并网逆变器在三相静止坐标系下的数学模型为：Vc Ric Esc dtdic l Vb Rib Esb dtdib l Va Ria Esa dt dial--=--=--= (1)并网逆变器在d-q 坐标系下的数学模型为：q d q q q d q d d dV li Ri Es dtdi l V li Ri Es dtdi l---=-+-=ωω(2)上式中，Vd 、Vq 分别为并网逆变器交流输出电压的d 轴分量和q 轴分量。
电压定向控制即在坐标变换过程中，将同步速旋转坐标系的d 轴定位于电网电压空间矢量Es 的方 向，即以网侧相电压Esa 峰值点作为旋转角度θ的零点，这样电网电压的d 、q 轴分量为：==sq m sd E E E (3)式中E m 为电网相电压幅值。
所以在两相同步旋转坐标系下，网侧变换器相对于电网的有功功率和无功功率分别为：[][]q m q d sqsdd m q d sqsdi E i i E E P i E i i E E P 23232323-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-==⎥⎦⎤⎢⎣⎡= (4)式中，P 大于零，表示变换器工作于整流状态，变换器从电网吸收能量；P 小于零，表示变换器工作于逆变状态，变换器向电网回馈能量。
Q 大于零，表示变换器相对电网呈感性，吸收滞后无功功率；Q 小于零，表示变换器相对电网呈容性，吸收超前无功功率。
其中id 、iq 分别对应电网侧电流中的有功和无功分量。
2 系统控制由电路的拓扑结构可知，当交流侧输入功率大于负载消耗的功率时候，多余的功率会使得直流侧电容电压升高；反之，电容电压降低。
三电平逆变器SVPWM控制策略的研究
三电平逆变器SVPWM控制策略的研究一、本文概述随着电力电子技术的快速发展，逆变器作为高效、可靠的电力转换装置，在新能源发电、电机驱动、无功补偿等领域得到了广泛应用。
其中，三电平逆变器因其输出电压波形质量好、开关损耗小、动态响应快等优点，受到了研究者的广泛关注。
空间矢量脉宽调制（Space Vector Pulse Width Modulation, SVPWM）作为一种先进的调制策略，通过合理分配三相桥臂的开关状态，可以实现对输出电压波形的精确控制，进一步提高逆变器的性能。
本文旨在深入研究三电平逆变器的SVPWM控制策略，通过理论分析和实验验证，探索其在实际应用中的优化方法和潜在问题。
文章首先介绍了三电平逆变器的基本结构和工作原理，为后续的控制策略分析奠定基础。
随后，详细阐述了SVPWM的基本原理和实现方法，包括空间矢量的定义、合成和分配等关键步骤。
在此基础上，本文重点分析了三电平逆变器SVPWM控制策略的优化方法，包括减小开关损耗、提高直流电压利用率、改善输出电压波形质量等方面。
本文还通过实验验证了三电平逆变器SVPWM控制策略的有效性。
通过搭建实验平台，测试了不同控制策略下的逆变器性能，包括输出电压波形、开关损耗、动态响应等指标。
实验结果表明，采用SVPWM控制策略的三电平逆变器在各方面性能上均表现出明显的优势，验证了本文研究的有效性和实用性。
本文总结了三电平逆变器SVPWM控制策略的研究现状和未来发展趋势，为相关领域的进一步研究提供了有益的参考。
二、三电平逆变器的基本原理三电平逆变器是一种在电力电子领域中广泛应用的电能转换装置，其基本原理在于利用开关管的导通与关断，实现直流电源到交流电源的高效转换。
与传统的两电平逆变器相比，三电平逆变器在输出电压波形上拥有更高的精度和更低的谐波含量，因此在大规模电力系统和电机驱动等领域具有显著优势。
三电平逆变器的基本结构通常包括三个直流电源、六个开关管以及相应的控制电路。
改进式SHEPWM对三电平变频器系统的共模电压和轴电压的抑制作用
2009年6月电工技术学报Vol.24 No. 6 第24卷第6期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Jun. 2009改进式SHEPWM对三电平变频器系统的共模电压和轴电压的抑制作用钟玉林赵争鸣（清华大学电机系电力系统国家重点实验室北京 100084）摘要降低三电平中点钳位式变频器驱动电机的共模电压和轴电压，减小轴电流，对预防定子绕组绝缘击穿和延长轴承寿命以及减小电磁干扰等具有重要意义。
使用改进型特定谐波消除脉宽调制技术，选择消除变频器输出共模电压中的低频分量，再使用共模滤波器滤除剩余的高频分量，在电机端得到了较低的共模电压和轴电压。
并对有、无共模滤波器以及在工频电网供电下的共模实验数据进行了对比分析，结果证实该方法简单高效。
关键词：轴电压共模滤波器特定谐波消除脉宽调制三电平中点钳位式变频器中图分类号：TM464Common Mode Voltage and Shaft Voltage Suppression on a Three-Level NPC Inverter System Applying Improved SHEPWMZhong Yulin Zhao Zhengming（The State Key Laboratory of Power System Tsinghua University Beijing 100084 China）Abstract The common-mode voltage (CMV) & shaft voltage of induction motor driven by inverter can cause great damage to motor stator insulation，bearing and cause EMI problem. An improved selective harmonics elimination pulse width modulation (SHEPWM) is applied in this paper to eliminate the low order components of the inverter CM voltage. And the high components of the CM voltage are attenuated by a well-designed CM filter. A satisfactory result of CM voltage & shaft voltage is obtained. A comparison of experimental results under the following three conditions: with and without CM filtering and when the motor is fed by AC power network, are made in detail. The comparative analysis not only explains a certain particular phenomenon of motor CMV, but also verifies the validity of the scheme proposed in this paper.Keywords：Shaft voltage, common mode filter, SHEPWM, three-level NPC inverter1引言三电平二极管中点钳位式（3L NPC）变频器以诸多优点在高压大容量变频调速场合[1]的应用越来越广泛。
2015 三电平NPC逆变器共模电压的抑制_丁官元
Abstract: Adopting NPC(Neutral Point Clamped) three-level inverters as a research object, it analyzed three control strategies for common-mode voltage inhibition, such as traditional three -level SVPWM, SVPWM for reducing common-mode voltage and SVPWM for eliminating common-mode voltage. Finally, the simulation results of Matlab/Simulink were presented.
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大功率变流技术
2015 年第 1 期
或等于 Udc/6 的范围内。以参考矢量 Vref 落在图 2 中 I 扇 区 E 区域为例来说明算法的实现。在一个完整的调制周
期内，开关状态作用顺序为 (1,0,0)、(1,0,-1)、(1,-1,-1)、(1,
0,-1)、(1,0,0)，矢量作用时间分别 T1/2、T2/2、T3、T2/2、 T1/2，为了减少谐波，SVPWM 使用五段对称式发波方式 进行脉冲调制。
少，造成参考电压过渡不平滑，输出线电压中 THD 很大，
直流电压利用率相对较低。表 2 给出了 3 种算法的比较。
可以看出，降低共模电压 SVPWM 算法在共模电压幅值、
三相三电平逆变器SVPWM控制研究
作者简介：王璨(1986-)，女，硕士研究生，主要研究方向电力电子.
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船舶机电设备 2011/06
图 1 中点箝位三电平逆变电路图
图 2 三电平逆变器空间电压矢量分布图
A 、 B 、 C 各桥臂的三态开关变量。以 A 相桥臂为例，若 Sa=0，则表示开关管T1、T2关断，T3、T4导通；Sa=1，则 表示开关管T1、T4关断，T2、T3导通；Sa=2，则表示开关 管T3、T4关断，T1、T2导通 。 A相输出端A对电源中点O的电压UAO可以用A相开关 变量结合输入直流电压Udc来表示：
V1 t1 + V2 t2 + V7 t7 = Vref T t1 + t2 + t7 = T
v v v v
其中， Vref 为目标电压矢量。
v
图 3 参考电压矢量的分解
用，且开关矢量的作用是对称的。 3）零矢量的作用时间是等份分配的。 在三电平逆变电路中，每相的开关状态有三种， 即-1（N），0（O），1（P），对应的交流侧输出电压 为-Udc/2，0，Udc/2。综合考虑以上因素，表1给出了当参 考矢量在空间逆时针转动时第一扇区开关矢量的作用顺 序，表中每一列从上到下为矢量的作用顺序。
2空间矢量pwm算法将如图2所示的电压空间矢量按大六边形的六个大矢12aaodcsvu?12bbodcsvu?12ccodcsvu?1100112101abadcbcbcacvsuvsvs?????????????????????????????????2111216112anadcbnbcncvsuvsvs????????????????????????????????????0203mmu1234323coscossinsin323coscossinsin34sinsin33coscossinsinmmmm??????????????66船舶机电设备201106academicresearch技术交流图3参考电压矢量的分解可知当1mm时坐标属于区域1
三电平NPC变流器SVPWM算法研究
三电平NPC变流器SVPWM算法研究多电平变流器是目前电力电子技术研究的焦点之一，相对于传统两电平变流器优点明显，但其常用的空间电压矢量控制算法（SVPWM）也更加复杂。
文章阐述了三电平SVPWM算法的基本原理以及1 概述随着新能源的不断发展，尤其是风电技术等新能源电力技术的发展，变流器在电力系统中的重要性也越来越高。
而相对于传统两电平变流器，三电平变流器具有明显的优点，如主开关器件承受的电压和du/dt减小一半，输出电压谐波小等优点，具有广阔的前景和应用价值[1]。
空间矢量脉宽调制[1][2]具有输出电流谐波少、转矩脉动小、直流利用率高等优点，是三电平变流器控制的首选方案。
相对传统算法，文章阐述了一种相对简单的方式来得到所需的作用时间，只需一个大区域的18个作用时间即可得到所需的所有作用时间，另外以60度坐标系来判断扇区简化计算，使算法变得简单。
2 SVPWM算法三电平SVPWM算法根据参考电压矢量由幾个基本矢量合成的原则来进行三电平变流器的控制，根据所需量的先后顺序，可以分为区域判断、作用时间计算以及作用时间分配三个部分。
2.1 参考矢量所在区域判断与传统算法类似，我们将基本空间矢量区域划分为6个大扇区、24个小区域。
但与传统算法不同，这里采用60度g-h坐标系来划分区域，简化计算。
以公式（1）转换到60度g-h坐标系后，以下列规则判断大扇区：N=1时，Vg>0且Vh>0；N=2时，Vg0且Vg+Vh>0；N=3时，Vg0且Vg+Vh0且Vh0且Vh0；2.2 作用时间计算判断完参考矢量在具体某一个区域之后，我们就可以根据伏秒平衡原理预先计算各个基本矢量所需的时间。
首先需要找到合成参考矢量所需的三个基本矢量V1、V2、V3，然后根据下面进行计算：V1T1+V2T2+V3T3=VrefTs （2）T1+T2+T3=Ts （3）类似地可以得到参考电压矢量在其他区域时的各基本矢量的作用时间，需要将各个区域所有基本矢量作用时间都计算出来，方便在使用时直接提取数据。
用三电平PWM逆变器减小逆变器输出中的共模电压
用三电平PW M逆变器减小逆变器输出中的共模电压韩伟1 徐倩2(11哈尔滨理工大学,あ哈尔滨150040;あ21哈尔滨市电业局,あ150046)[摘要]与两电平PW M驱动相似,多电平PW M电压源逆变器也可以产生共模电压,从而产生电机轴电压和轴承电流。
本文通过仿真分析可知,与两电平逆变器相比,采用三电平逆变中以有效降低电机端共模电压,从而减小电机端轴电压和轴承电流,提高PW M驱动系统的可靠性和延长电机的寿命。
关键词三电平逆变器 共模电压 PW M逆变器 1 前言现代电力电子技术的发展促进了变频调速技术的进步。
由于大功率快速开关器件的出现,脉宽调制(PW M)驱动技术得到了发展和应用。
但是由于传统二电平逆变器输出线电压跳变幅度较大(可从0V 跳变到直流母线电压),同时由于逆变器输出电压在电机终端可以产生的较高的共模电压[1],共模电压直接加到电机上,会引起绝缘击穿,影响电机的使用寿命。
共模电压中含有与开关频率及其倍数相对应的高频分量,高频的电压分量会通过输出电缆和电机的分布电容产生高频漏电流,漏电流通过绕组和转子间的分布电容,轴承,机壳,然后到地,漏电流过大必然会影响轴承的寿命。
因此综上所述,为提高PW M逆变器的可靠性和通用性,必须设法减小或消除电机终端共模电压,延长电机寿命,提高逆变器的可靠性。
2 三电平PW M控制原理为提高驱动电压,增大电源容量,减小输出谐波,降低电压跳变幅度,在PW M逆变器驱动感应电机的系统中,采用多电平驱动(即逆变器的输出电压由几个电压电平组成)。
很明显,从电机方面看为防止电机附加发热导致电机额外温升,影响电机绝缘及抑制电机转矩脉动,希望逆变器输出较多的电压电平,但这样会增加整流器结构的复杂性和控制上的难度,因此通常选用三电平逆变器[2],足以满足电机要求,其结构如图1所示。
采用两个主管串联,中点有一对二极管箝位的结构。
可以看出,各主管承受的反压是中间回路直流电压的一半,即主管的耐压比二电平逆变器可降低一半。
载波调制的三电平光伏逆变器共模电压抑制研究
关 键 词 ： 变 器 ； 模 电压 ；Ｐ 逆 共 Ｓ ＷＭ 控 制 ； 波 载
中圈 分 类号 ：Ｍ６ Ｔ ４ 文献 标 志码 ： Ａ
０ 引言
在 光伏 逆 变器 逆 变 技 术产 业 化 进 程 中 ， 电平 电压 源 逆 变 器 （ Ｓ） 合 性 能 在 不 断提 高 ， 应 用 范 围 多 Ｖ Ｉ综 其
分析三电平 开关序列 ， 出一种经改进能 明显抑制共模电压 的调制策略 ； 提 最后通过仿真和实验验证 了该调
制 策 略 的可行 性 和 有效 性 ．
１ 三 电平逆变器原 理及 共模 电压
对于传 统两电平逆变器而言 ， 每相输 出为± Ｄ，， ０ 其三相有效开关状态 为 ８ 根据共模 电压 的定义【 ／ ２ 种． ３ 】
越来越广． 与此同时 ， 其存在的一些显著负面效应备受关注［ ］ ： － 逆变器产生 的高频共模 电压 ， ３ 会在并网中产 生高幅值电流 ， 并形成电流谐波 ， 电网遭受“ 使 污染”增加器件的损耗 ； ， 高速开关的器件在每次动作时都会
对 电源产生很强的电磁干扰 ， 影响邻 近电子设备 的安全可靠运行． 负面效应 的存在不仅使系统 可靠性 上述
模电压 。 则需要改进逆变器拓扑结构． 与传统两 电平光伏逆变器 相 比， Ｐ Ｎ Ｃ逆变器有两个 明显优 点［基于 Ｉ Ｂ ６ ］ ． Ｇ Ｔ的 Ｎ Ｃ三电平 高压 大功率 Ｐ
收 稿 日期 ：０ １０ －５ ２ １－７０
基金项 目： 广西教 育厅立项项 目（０ ｌ６ ４ ５； ２ ｌｏ Ｄ【０ ） 广西工学 院科学基金 （ 院科 自 １６ ２ ３ 资助 １６ ０ ） 作者简介 ： 文家燕 。 在读研究生 ， 研究方 向： 功率 变换器 ，－ ａ ： ｅｊ ｙｓ．１＠１６ｃｍ． Ｅ ｍ ｉ ｗ ａｉ ａ ０ ２ ２ ． ｌ ａ Ｏ ｏ
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对于三电平逆变器而言, 必须保证输出电压的基波分量幅值与输出频率成一定的正比
关系变化，其共模电压的计算与它们的触发方式有关。
设Ua、Ub、Uc分别为逆变器的三相相电压。
根据三相三线制的对称性原理，推得三相输出电压波形的共模电压为：
(1)
因而，对应三相三电平每一种开关序列的共模电压大小如表1所示。
图3 普通SVPWM下共模电压波形
通常的空间矢量调制策略都会使用图2中所记载的19种有效矢量，以达到直流母线电压利用率高，输出谐波小。
但是会带来较大的输出共模电压，最高VCM幅值会达到了Vdc/3。
图3显示的是母线电压Vdc=600V时，一种普通SVPWM产生的共模电压最大幅度达到了200V，这样大的共模电压会对系统造成很大的不利影响。
抑制共模电压SVPWM原理
从表1中的27种状态可以看出，对于可控的PWM输出波来讲，其输出共模电压的幅值在0Vdc～Vdc/2之间变化。
欲减小共模电压，应尽量不使3个输出端与同一“+”极性端或
“-”极性端连接，避免2个端子一起接到“+”极性端或“-”极性端，而另一个端子接到直流中性点，如使用表中D类的7个状态字，此时逆变器的输出共模电压为0，但不能只选用D 类矢量，因为那样虽能很好的抑制共模干扰，但却因为少的合成矢量会造成参考电压过渡不平滑，使得逆变器输出线线间电压波形变差，因此需要均衡考虑共模差模问题。
本文所研究的SVPWM算法中，就是选择合理输出共模电压较小的矢量来合成参考电压矢量。
由表1可见(111、-1-1-1)，(110、101、011、0-1-1、-10-1、-1-10)八个开关状态造成了很大的共模干扰，因此，本研究就避开这八个开关状态(即图2中方框中的矢量)，这样就能从源头上降低逆变器的共模输出电压。
本文具体采用CDE三类矢量，这样，理论上即可以把逆变器输出共模电压幅值降为Vdc/6。
然而可用矢量的减少使得无法采用传统的七段式脉冲触发序列，因此，本策略采用五段式脉冲触发序列。
基于以上分析，可依据下列步骤实现SVPWM算法：
①确定当前矢量的幅值和角度；
②判断参考矢量所处的扇区及区域；
③确定构成该矢量的实际开关矢量；
④确定开关矢量的作用时间及工作顺序。
本文以图4Ⅰ扇区F区为例，在F区中各矢量持续时间为：
(2)
式2中：ta、tb、tc分别表示矢量V1、V8、V7在一个PWM周期内的持续时间；A为输出电压调制比，Ts为开关周期。
开关变换次序为(100、10-1、1-1-1、10-1、100)，考虑共模电压抑制后的输出矢量时序如图5所示。
对于该扇区的其它小三角形，按照以上过程，确定矢量作用顺序，计算三角形顶点开关矢量作用时间。
同理，可以计算出其他扇区内各三角形顶点开关矢量作用时间。
可将共模电压完全抑制到直流电压的1/6，为100V。