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第4章 基于中点电流的NPC逆变器中点电压平衡策略

1. 工作原理

1.1 NPC型三电平逆变器工作原理

        NPC型三相三电平逆变器有A、B、C三个桥臂,其组成结构是相同的,本章以A相为例,对其工作原理进行分析。开关器件SA1和SA3、SA2和SA4为互补器件,通过控制开关器件的导通和关断状态,可以实现不同的电平输出,定义直流侧流向负载侧的电流方向为正。

        P状态:开关管SA1、SA2导通,SA3、SA4关断。若电流 ia > 0,电流流经SA1、SA2;若电流ia < 0 ,电流流经D1、D2,此时输出电压为Udc/2。

        O状态:开关管SA2、SA3导通,SA1、SA4关断。若电流 ia > 0,电流流经D1、SA2;若电流ia < 0 ,电流流经SA3、D2,此时输出电压为0。

         N状态:开关管SA3、SA4导通,SA1、SA2关断。若电流 ia > 0,电流流经D3、D4;若电流ia < 0 , 电流流经SA3、SA4,此时输出电压为-Udc/2。

1.2 中点电位不平衡机理

        NPC型三电平逆变器直流侧结构如右图所示,图中,C1、C2为直流侧电压,i1表示流过电容C1的电流,i2表示流过电容C2的电流,inp为流入中点的电流,假设负载侧流入中点的电流方向为正,Udc表示直流侧电压,u0表示中点电压。

        

                       

            除了上述分析中点电位不平衡的根本原因,一些外在因素也会影响中点电位变化,比如:

  1. 直流侧的两个电容由于工艺上的偏差,会导致两电容的实际参数不一致,在系统运行过程中会造成中点电位的偏移;
  2. 逆变器中的功率开关器件存在不匹配或不一致的情况,例如参数不同或老化程度不同,会导致各相的开关动作不一致,进而引起中点电位的不平衡

2. 基于中点电流的中点电压平衡策略

        按式1,在三相桥臂的占空比分别加上△d,为便于分析,认为各相桥臂的占空比变化之后,符号不发生变化。 

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