天津市电机系统先进设计与智能控制技术工程中心(天津工业大学)、天津大学电气自动化与信息工程学院研究员mmydqyg、富余芹菜、张国政、xbdxj、asjdbm执笔于2019年第5期《电工技术学报》号(论文标题为“三级变频器”

首先讨论了同步不连续调制开关串的组成原则，根据每个参考向量所在的区域对调制度进行分段，对空间向量平面进行合理的分段。 其次，根据同步性和对称性原则，确定了各调制度区间内的开关序列候选，将零电平钳位状态的开关序列添加到候选序列中，扩展了开关序列候选的集合。 最后计算各开关列对应的平均误差电流矢量幅度，以平均误差电流矢量幅度最小为原则，确定线性调制范围内的最佳作用开关列。

仿真和实验结果表明，该优化调制策略能有效降低输出电流谐波失真率，实现逆变器输出电流质量的优化。

中点箝位(Neutral-Point-Clamped，NPC )型三电平逆变器具有输出电压和电流质量高、dv/dt低、逆变器效率高等优势，在轨道牵引、舰船推进、挖掘屏蔽等中压大功率情况下在大功率电动机驱动APP的情况下，为了满足系统对逆变器效率的要求，逆变器通常以低开关频率运转，此时基波周期内的脉冲数p (开关频率fsw与基波频率fo之比) )非常低，逆变器输出电流因此，在低开关频率情况下提高输出电流质量是中压大功率三电平逆变器调制面临的重要问题。

脉冲数为P21时，如果采用异步调制策略，逆变器的输出波形会产生大量的高次谐波。 同步空间矢量调制策略设计一个开关序列，保证输出波形满足同步性和对称性条件，可以有效降低逆变器的输出电流谐波失真率。

另外，在低开关频率应用的情况下，不连续空间矢量调制仅使用一个冗馀的开关状态来参与基准矢量的合成，逆变器在某个输出区间维持钳位，与连续调制相比，基于不连续调制的逆变器的开关频率为1/3

学者们为了有效改善逆变器的运行性能，提出了低开关频率运行条件下逆变器输出波形质量的一些优化调制策略。 文献[8]在脉冲数p相同的条件下，在波形满足同步性和对称性条件的同步调制开关序列中，选择输出电压加权谐波失真率最低的开关序列，从而在低开关频率下有效地改善了逆变器输出。

文献[9]对传统的不连续调制开关序列进行了改进，同一有效矢量在采样周期内作用两次，进而计算改进后的开关序列引起的定子磁链变动矢量，变动矢量有效值最小的瑞士与传统的不连续调制相比，改进型不连续调制策略在一定的调制度范围内，进一步降低了系统的输出电流波动。

在文献[10]中，将以往的连续调制和不连续调制的开关序列作为代替序列，以输出电流变动量的有效值最小为目标进行了开关序列的选择。 文献[11]利用开关状态的冗馀性，将同步空间矢量调制策略中波形的对称性与不连续调制中低开关次数的特性结合起来，在减少开关次数的基础上，保证了输出波形的同步性、三相对对称性及半波对称性，有效地实现了输出电流谐波

针对低开关频率下逆变器输出电流质量的优化问题，提出了NPC型三电平逆变器同步不连续空间矢量调制输出电流的优化策略。 首先，在不同的参照向量数下，根据参照向量数与各参照向量所在的区域的关系分割调制度，合理地分割空间向量平面。

针对每个调制度区间设计了满足同步性和对称性的交换机序列，利用交换机状态的冗馀性，将“0”箝位状态交换机序列添加到备用序列中，扩展了备用交换机序列的集合。 其次，通过分析逆变器输出电流谐波畸变率与平均误差电流矢量幅度的等效关系，得到了同步不连续调制策略选择开关序列的评价指标。

最后，以平均误差电流矢量幅度最小为原则，选择满足同步性和对称性的开关序列，确定不同备用开关序列的最佳作用区域，有效地优化了逆变器输出电流质量。

图1中点箝位型三电平逆变器拓扑和输出状态及空间矢量图

结论

本文首先研究了在不同参考向量数下，参考向量所在区域与调制度的关系，根据参考向量所在区域的不同，逐步划分调制度区间，设计了满足同步性和对称性原则的5种开关序列的组合。 与传统的同步不连续调制开关序列相比，引入了“0”钳位状态开关序列扩展了备用开关序列的组合。 接着，以平均误差电流矢量振幅最小为原则，确定不同的开关序列候选的最佳作用区域。

在此基础上，提出了通过选择不同调制度区间输出电流谐波失真率最小的开关序列组合，可以有效改善逆变器输出电流质量的同步不连续空间矢量调制输出电流优化策略。

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