单相混合三电平PWM整流器的研究.pdf

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1、《电气自动化~2012年第34卷第1期变流技术ConverterTechniques单相混合三电平PWM整流器的研究贺博程善美龚博(华中科技大学。湖北武汉430074)摘要：分析研究了单相混合三电平PWM整流器的拓扑结构和工作原理，建立了其基于开关函数的数学模型。提出一种适用于该拓扑结构的三电平SVPWM调制策略和中点电压平衡控制算法，并采用带网侧电压前馈的双闭环PI控制对整个系统进行控制。MATLAB仿真结果验证了理论研究的正确性和可行性。关键词：混合三电平；单相PWM整流器；SVPWM；双闭环控制；中点电压平衡[中图分类号]TM461[文献标志码]A

2、[文章编号]1000—3886(2012)01—0048—04StudyOnSingle-PhaseHybrid．Three．LeveIPWMRectifierHeBoChengShanmeiGongBo(HuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhanHubei430074，China)Abstract：Thetopologyandoperatingprincipleofsingle—phasehybrid—three-levelPWMrectifierarestudiedandanalyzed．Anditsm

3、athematicalmodelisfoundedbasedonswitchingfunctions．Athree—levelSVPWMcontrolstrategyandneutralpointvoltagebalancingcontrolalgorithmapplyingtothetopologyareproposed．Therectifieriscontrolledusingadual—loopPIcontrolsystemwithsourcevoltagefeedforward．Thevalidityandfeasibilityofthecont

4、rolschemeareverifiedbyMATALBsimulation．Keywords：hybrid-three-level；single—phasePWMrectifier；SVPWM；dual—loopcontrol；neutralpointvoltagebalancing0引言常见的拓扑结构有双三电平桥结构⋯、不对称桥式结构J等。本文采用一种混合三电平桥的拓扑结构，只需6个开关管便可实现高功率因素和减小电网谐波等目标。对于三电平结构变流器，中点电压平衡是一个影响系统性能的关键问题，比较常见的一种解决方法是采用SVPWM冗余矢量控制算法。本文

5、研Us究提出了一种适用于混合三电平桥且易于实现的中点电压控制算法，并通过计算机仿真验证了理论的正确性。1拓扑结构和工作原理1．1拓扑结构一传统单相三电平PWM整流器由两组对称的桥臂构成，每组桥臂由4个开关器件以及2个箝位二极管组成，故总共所需的功率器件为8个开关器件和4个箝位二极管。本文所研究的单相图1混合三电平单相PWM整流器拓扑结构混合三电平PWM整流器的拓扑结构如图1所示，这种结构由gnifSS，和SS：导通S导通6个开关器件、2个箝位二极管以及直流侧的两个电容组成。其S，导通中左半桥臂开关管承受的电压应力为直流侧电压的一半，右半桥S。和S：导通臂

6、开关管所承受的电压应力等于直流侧电压，故把这种结构称为因此整个系统可以产生6种有效开关组合，每一种开关组合可以混合三电平结构。产生一种整流器交流侧电平。每一种开关状态对应的等效电路1．2工作原理如图2所示。’整流器的控制核心是通过控制开关状态来控制整流器交流图2(a)对应a。=1，gb=一1的开关状态，此时开关管S，、S：侧电压，从而达到控制输入电流和输出电压的目的O若开关和S导通，交流侧电压Uob=Udc。当输入电流大于零时，电容管的开通和关断分别用1和0表示，则有如下约束条件，C和C通过输入电流充电I当输入电流小于零时，电容C。和CS+Sf=1(i=

7、1，2，3)(1)通过输入电流放电；图2(b)对应g0，g=-_1的开关状态，此开关函数gd和g定义如下：时开关管s、S：和s，导通，交流侧电压u=u2。当输入电流大于零时，电容C通过输入电流充电，当输入电流小于零时，电容收稿日期：2011—06—16c：通过输入电流放电。而电容C，始终通过负载电流放电；图248ElectricalAulOmation《电气自动化)2012年第34卷第1期变流技术Conve~erTechniques以产生五个交流侧电压的电平值为、、o、一。、一。这五个电平构成三电平SVPWM控制算法的基础矢量。2控制策略若忽略输入侧的电

8、阻，单相PWM整流器交流侧等效电路如图3所示，则有向量等式：us=u。6+L·i