三电平NPC整流器控制研究

三电平NPC整流器控制研究

二极管中点钳，位三电平脉宽调制整流器是目前研究运行比较多的一种拓扑结构，通过解析其基本拓扑，从空间矢量开关函数的角度上搭建了中点钳位整流器之数学模型，转换到同步旋转坐标系后采取前馈解耦的方式建立了系统的电压与电流之双闭环控制系统，控制整流系统的有功与无功功率解耦传输，进而达到控制功率因数的效果。

标签：中点钳位三电平整流器；数学模型；解耦；空间矢量调制

引言

随着电力电子相关技术的快速变革，变流装置在电气应用各个方面扮演了愈来愈关键的角色。相对于传统两电平整流器，除了可以调整输出直流电压、高功率因数传输、以及可以达到能量双向流动和大功率传输等好处外，二极管中点钳位型整流器[1]具有输出电压和电流谐波小、开关器件承担电压低以及等效开关频率低等优点。因而，三电平钳位型整流器之控制策略一直是国内外研究者們的关注焦点。

对于三电平NPC整流器，文章从SVPWM的角度出发，建立了三电平中点钳位整流器在同步旋转坐标，系内的数学模型，然后依据数学模型，对系统进行了前馈解耦，建立了三电平脉宽调制整流器系统的电压与电流之双闭环控制系统[2]，达到了直流侧母线电压跟功率因数的设想效果。最后采取仿真的方式确认了整个控制模型的正确性与可行性。

1 三电平钳位脉宽调制整流器数学模型与控制解耦

1.1 三电平钳位脉宽调制整流器之数学模型

中点钳位三电平脉宽调制整流器主要拓扑较多文献已有介绍，这里由于篇幅原因不再阐述。电路交流侧输入为三相对称交流电压，Ls与Rs分别表征交流侧阻感，直流侧则串入两个相等值电容C1与C2。理想情况时C1与C2（其值为Cd）完全相同，故Vdc1=Vdc2=Vdc/2。装置交流侧每相输出电压都有三种状态：Vdc/2、0、-Vdc/2。

根据基尔霍夫定律，从空间电压矢量开关函数的角度出发，可以得到三电平中点钳位整流器在abc坐标系内数学模型，但是abc坐标系内电压与电流量都是随时间变化的交流变量，妨碍控制模块的考虑，故将系统在abc坐标系内的数学模型转化成同步旋转（dq）坐标系内。在dq系中，稳态时，d、q轴分量为直流之变量，便于控制模块设计。

1.2 三电平钳位脉宽调制整流器控制解耦