基于载波调制的三电平整流器控制

摘要：在研究多电平空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法的基础上提出了一种与SVPWM算法等效的三电平载波调制(TCPWM)算法，并给出了统一的零序分量表达式。与SVPWM相比，该算法不仅在输出畸变率、直流电压利用率等指标上与SVPWM算法完全相同，且具有运算时间短、算法简单、易于实现等特点。最后将TCPWM算法运用在三电平整流器中，实验结果验证了TCPWM算法的可行性。

关键词：整流器；三电平载波调制；零序分量

1 引言

随着节能环保与绿色能源等理念的快速发展，使用脉宽调制(PWM)技术控制的整流器已成为电力电子行业研究的热点。相对于传统的二极管不控整流而言，PWM整流器具有功率因数可调、能量双向流动、动态响应快等优点，并克服了传统整流技术功率因数低、谐波大的缺点，因此被广泛应用于新能源发电、变频调速领域。

PWM技术一般可分为正弦载波调制(SPWM)与SVPWM。SVPWM从电机整体出发，以构建磁链圆为目的进行控制，物理概念明确清晰，相对于传统的SPWM控制而言，SVPWM能获得更好的控制效果，同时在直流电压利用率、开关损耗、输出谐波率等方面也优于SPWM，但SVPWM算法仍存在一些缺点，例如在一个周期中需要先进行扇区判断、矢量选择与作用时间计算等一系列工作，且随着电平数的增多，SVPWM算法的计算量增加，从而严重影响控制性能．所以在SPWM与SVPWM之外寻找一种更好的PWM实现方法已成为当今研究的热点之一。此处提出了一种与SVPWM等效的TCPWM算法，给出了统一的零序分量表达式。

2 基于载波调制的脉宽调制技术

所谓TCPWM算法其实质就是在三相正弦调制波中加入零序分量，再与三角载波进行比较以得到与SVPWM类似的控制效果。可以将其理解为是SPWM算法的改进，同时TCPWM算法也从一个侧面反映出SPWM算法与SVPWM算法的本质联系。由文献可知，两电平中各相所加零序分量的表达式为：

当k0=0．5时，此算法实质即为SVPWM算法。相比于两电平各相零序分量而言，三电平的零序分量计算较为复杂，下面以TCPWM载波同相调制为例，通过分析TCPWM与三电平SVPWM算法近似得出TCPWM中零序分量的表达式。

假设处于(1，0，0)，(1，-l，-1)，(1，0，-1)的端点所组成的三角形之中，图1示出参考矢量在一个周期内双重载波的调制图。由图1可知：

由线电压合成公式可得：

通过对其余扇区零序分量表达式的计算，发现各扇区中零序分量表达式略有不同。下面给出如何求得零序分量的统一表达式的方法。

首先比较a，b，c三相相电压进行转换，若该项参考电压为正，则用原值进行比较；若为负，则用1加上该项参考电压转换为正值进行比较；再根据转换后的各项参考值进行比较产生大小次序后，将原值从大到小排列即得Umax，Umid，Umin的取值。确定各相大小顺序后，即可求得零序分量为：