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1、《電氣自動化~2012年第34卷第1期變流技術ConverterTechniques單相混合三電平PWM整流器的研究賀博程善美龔博(華中科技大學。湖北武漢430074)摘要：分析研究了單相混合三電平PWM整流器的拓撲結構和工作原理，建立了其基于開關函數(shù)的數(shù)學模型。提出一種適用于該拓撲結構的三電平SVPWM調制策略和中點電壓平衡控制算法，并采用帶網(wǎng)側電壓前饋的雙閉環(huán)PI控制對整個系統(tǒng)進行控制。MATLAB仿真結果驗證了理論研究的正確性和可行性。關鍵詞：混合三電平；單相PWM整流器；SVPWM；雙閉環(huán)控制；中點電壓平衡[中圖分類號]TM461[文獻標志碼]A
2、[文章編號]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引言常見的拓撲結構有雙三電平橋結構?、不對稱橋式結構J等。本文采用一種混合三電平橋的拓撲結構，只需6個開關管便可實現(xiàn)高功率因素和減小電網(wǎng)諧波等目標。對于三電平結構變流器，中點電壓平衡是一個影響系統(tǒng)性能的關鍵問題，比較常見的一種解決方法是采用SVPWM冗余矢量控制算法。本文
5、研Us究提出了一種適用于混合三電平橋且易于實現(xiàn)的中點電壓控制算法，并通過計算機仿真驗證了理論的正確性。1拓撲結構和工作原理1．1拓撲結構一傳統(tǒng)單相三電平PWM整流器由兩組對稱的橋臂構成，每組橋臂由4個開關器件以及2個箝位二極管組成，故總共所需的功率器件為8個開關器件和4個箝位二極管。本文所研究的單相圖1混合三電平單相PWM整流器拓撲結構混合三電平PWM整流器的拓撲結構如圖1所示，這種結構由gnifSS，和SS：導通S導通6個開關器件、2個箝位二極管以及直流側的兩個電容組成。其S，導通中左半橋臂開關管承受的電壓應力為直流側電壓的一半，右半橋S。和S：導通臂
6、開關管所承受的電壓應力等于直流側電壓，故把這種結構稱為因此整個系統(tǒng)可以產(chǎn)生6種有效開關組合，每一種開關組合可以混合三電平結構。產(chǎn)生一種整流器交流側電平。每一種開關狀態(tài)對應的等效電路1．2工作原理如圖2所示?！髌鞯目刂坪诵氖峭ㄟ^控制開關狀態(tài)來控制整流器交流圖2(a)對應a。=1，gb=一1的開關狀態(tài)，此時開關管S，、S：側電壓，從而達到控制輸入電流和輸出電壓的目的O若開關和S導通，交流側電壓Uob=Udc。當輸入電流大于零時，電容管的開通和關斷分別用1和0表示，則有如下約束條件，C和C通過輸入電流充電I當輸入電流小于零時，電容C。和CS+Sf=1(i=
7、1，2，3)(1)通過輸入電流放電；圖2(b)對應g0，g=-_1的開關狀態(tài)，此開關函數(shù)gd和g定義如下：時開關管s、S：和s，導通，交流側電壓u=u2。當輸入電流大于零時，電容C通過輸入電流充電，當輸入電流小于零時，電容收稿日期：2011—06—16c：通過輸入電流放電。而電容C，始終通過負載電流放電；圖248ElectricalAulOmation《電氣自動化)2012年第34卷第1期變流技術Conve~erTechniques以產(chǎn)生五個交流側電壓的電平值為、、o、一。、一。這五個電平構成三電平SVPWM控制算法的基礎矢量。2控制策略若忽略輸入側的電
8、阻，單相PWM整流器交流側等效電路如圖3所示，則有向量等式：us=u。6+L·i
