基于g，h坐標系的三電平逆變器SVPWM技術(shù)研究

摘要：傳統二極管中性點(diǎn)箝位(NPC)三電平逆變器電壓空間矢量脈寬調制(SVPWM)方法需進(jìn)行大量三角函數計算和扇區判斷，控制器運算量較大。尤其是當多電平逆變器電平數增加時(shí)，所需電壓空間矢量及控制器計算量都呈幾何倍數增加，使控制難度進(jìn)一步加大。在傳統SVPWM基礎上，采用了一種基于60°g，h坐標系的SVPWM方法。該算法僅需簡(jiǎn)單的邏輯判斷即可得到參考矢量的具體位置和合成參考矢量的最近3個(gè)矢量，大大簡(jiǎn)化了參考電壓矢量的合成和作用時(shí)間的計算，且該方法還可在更多電平逆變器的SVPWM中推廣應用。實(shí)驗結果表明該方法的可行性和正確性。
關(guān)鍵詞：逆變器；中性點(diǎn)箝位；空間矢量脈寬調制

1 引言
隨著(zhù)電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，多電平逆變器拓撲在工業(yè)領(lǐng)域中應用廣泛，其中NPC三電平逆變器應用最多。該拓撲結構與兩電平逆變器相比有許多優(yōu)點(diǎn)。對于NPC逆變器，傳統SVPWM方法主要是通過(guò)扇區劃分、參考電壓矢量選擇及電壓矢量作用時(shí)間計算等步驟去合成SVPWM波形。但該方法需進(jìn)行大量三角函數計算和扇區判斷，控制器運算量較大。尤其是當多電平逆變器電平數增加時(shí)，所需電壓空間矢量及控制器計算量都呈幾何倍數增加，使控制難度加大。文獻給出不同的SVPWM算法，但均存在不足。
在分析和比較常見(jiàn)NPC逆變器SVPWM方法的基礎上，這里采用一種基于60°g，h坐標系的SVPWM控制策略，該策略無(wú)需進(jìn)行復雜的三角函數運算，僅需簡(jiǎn)單的邏輯判斷即可得到參考矢量具體位置和合成參考矢量的最近3個(gè)矢量，可大大簡(jiǎn)化參考電壓矢量合成和作用時(shí)間計算。且該方法同樣適用于更多電平逆變器的SVPWM。

2 NPC逆變器拓撲及工作原理
圖1為NPC逆變器拓撲。每一橋臂有4個(gè)開(kāi)關(guān)管，在每一個(gè)時(shí)刻，變流器都必須有兩個(gè)開(kāi)關(guān)管導通。以A相為例，允許的開(kāi)關(guān)管組合為V1和
V2，V2和V3，V3和V4，其余組合都是不允許的。這3種情況對應的電壓分別為Ud／2，0和-Ud／2，該逆變器即為三電平逆變器。

3 基于g，h坐標系的SVPWM簡(jiǎn)化算法
傳統SVPWM算法在參考電壓矢量所在扇區、小三角形區域判斷及基本矢量作用時(shí)間的求取上需進(jìn)行大量計算。圖2示出各開(kāi)關(guān)狀態(tài)組合與空間電壓矢量的對應關(guān)系?？梢?jiàn)，NPC逆變器電壓空間矢量之間的角度均為60°的整數倍。由此可以想到，若采用非正交60°坐標系，將有助于簡(jiǎn)化參考矢量合成和作用時(shí)間計算?；?0°g，h的坐標系，就是取g軸與直角坐標中的a軸重合，然后定義從g軸逆時(shí)針旋轉60°的位置為h軸。矢量在α，β坐標系和g，h坐標系的關(guān)系為：

若將三電平的基本電壓矢量變換到g，h坐標系下，即可得到60°坐標系下的三電平空間矢量圖。由于每個(gè)電壓矢量之間的角度均為60°的倍數，故變換到g，h坐標系下的所有基本電壓矢量的幅值均為整數。對于任意空間參考矢量Uref(Urg，Urh)，距離其最近的4個(gè)電壓矢量可由Uref的坐標向上、向下取整得到。即。下標U表示向上取整，L表示向下取整。不管參考矢量在平行四邊形中哪個(gè)小三角形內，對角線(xiàn)上的UUL和UUL都必須用到。而對于第3個(gè)矢量的選擇，可根據Urg+Urh-(UULg+UULh)的值確定。當其值大于零時(shí)，UUU是第3個(gè)矢量；當其值小于等于零時(shí)，ULL是第3個(gè)矢量。