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近年來隨著新能源產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，光伏并網(wǎng)逆變器的裝機(jī)容量迅速增加。光伏并網(wǎng)逆變器采用三電平拓?fù)鋄1]，與傳統(tǒng)的兩電平拓?fù)湎啾?，在相同的條件下具有以下優(yōu)點：①輸出波形更為接近正弦，諧波含量低；②開關(guān)器件每次開關(guān)時電壓變化率du/dt和電流變化率di/dt較小，器件承受的開關(guān)應(yīng)力減小，電磁干擾（Electromagnetic Interference, EMI）程度大大減輕；③效率高，在相同諧波含量時，開關(guān)頻率大大降低，開關(guān)損耗明顯減少；④適用于高壓、大功率場合。

對三電平變流器而言，中點電位平衡是確保變流器安全穩(wěn)定運行的必要條件。如果不對中點電位進(jìn)行控制，不僅會導(dǎo)致輸出電壓波形中諧波含量上升，而且會使開關(guān)管承受較大的電壓應(yīng)力，器件發(fā)熱量增加，從而影響裝置的壽命，嚴(yán)重時甚至?xí)p壞開關(guān)器件以及燒毀直流側(cè)電容。因此，中點電位平衡問題一直是三電平變流器研究的重點[2-7]。此外隨著各種工業(yè)領(lǐng)域，尤其是光伏產(chǎn)業(yè)對大功率變流器的需求不斷增加以及半導(dǎo)體器件開關(guān)頻率的不斷提高，器件工作時產(chǎn)生的損耗已不容忽視，過大的開關(guān)損耗不僅會降低變流器效率，而且要求變流器具有良好的散熱能力，這將增加額外的成本。因此同中點電位平衡問題一樣，開關(guān)損耗問題也受到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。

截至目前，絕大多數(shù)的文獻(xiàn)將三電平中點鉗位型（Neutral Point Clamped, NPC）變流器的中點電位平衡問題及開關(guān)損耗問題分開進(jìn)行考慮研究，或只考慮中點電位平衡問題[4-7]，或只考慮開關(guān)損耗問題，只有極少量文獻(xiàn)同時對兩者進(jìn)行了研究分析。

針對中點電位平衡問題，控制方法主要有硬件電路和軟件控制兩種類型。由于外加硬件電路控制中點電位的方法會給系統(tǒng)額外增加不必要的費用，因此為了抑制中點電位波動和偏差，一般采用軟件控制策略，多數(shù)是改進(jìn)型的空間矢量調(diào)制（Space Vector Pulse Width Modulation, SVPWM）方法。

有文獻(xiàn)通過檢測直流電容電壓和負(fù)載三相電流的信息，調(diào)整小矢量對的時間分配因子實現(xiàn)對中點電流的精確控制。文獻(xiàn)[5]在傳統(tǒng)的SVPWM基礎(chǔ)上引入虛擬空間矢量，通過合理選取虛擬中矢量分配系數(shù)的值，可以在一定范圍內(nèi)抑制中點電壓的波動。文獻(xiàn)[6]提出了一種精細(xì)分區(qū)控制中點電位平衡的新方法，該方法在不同工作區(qū)域采用不同調(diào)制方法盡量控制中點電流絕對值最小，從而控制中點電位平衡。

有文獻(xiàn)提出了一種基于120°坐標(biāo)系的SVPWM快速算法。通過總結(jié)適當(dāng)?shù)姆植家?guī)律，能夠快速得出用于中點電位平衡的冗余矢量而無需查表。以上方法均可以一定程度地抑制中點電位波動和偏差，但均未有效降低開關(guān)損耗。

針對開關(guān)損耗問題，有的研究人員引入軟開關(guān)技術(shù)，能夠顯著降低半導(dǎo)體器件的開關(guān)損耗，但其需要額外的硬件電路，增加了系統(tǒng)成本，控制較復(fù)雜。文獻(xiàn)[9]采用不連續(xù)SVPWM，在各相半個周期中，開關(guān)管保持60°區(qū)域不動作，降低了開關(guān)次數(shù)，從而減小了開關(guān)損耗，但其在非單位功率因數(shù)條件時，損耗降低并不明顯，調(diào)制過程中也無法抑制中點電位的波動。、

有學(xué)者利用三相瞬時電流的最大相或最小相，在原有指令電壓的基礎(chǔ)上疊加補(bǔ)償電壓，降低開關(guān)損耗，但該方法在中點電位發(fā)生偏移時并不適用。此外，同時針對中點電位平衡問題和開關(guān)損耗問題，也有少量文獻(xiàn)進(jìn)行了相關(guān)研究。

另外，有文獻(xiàn)提出一種通過切換矢量序列來均衡直流側(cè)電壓的控制策略，可以同時實現(xiàn)中點電位平衡控制以及低開關(guān)損耗，但只討論了單位功率因數(shù)的情況，缺乏對全功率因數(shù)區(qū)域的研究。有文獻(xiàn)基于載波移位脈寬調(diào)制（Phase Disposition PWM, PDPWM）策略的中點電位平衡方法，提出了一種最小開關(guān)損耗脈寬調(diào)制（Small switch Losses PWM, SLPWM）和PDPWM混合調(diào)制策略，能夠有效降低開關(guān)損耗和控制中點電位，但其本質(zhì)上是載波調(diào)制，因此直流側(cè)電壓利用率較低，且調(diào)制過程太復(fù)雜，不適用于工程實踐。

有文獻(xiàn)提出了一種協(xié)調(diào)控制策略，可以同時控制中點電位平衡并降低開關(guān)損耗，但開關(guān)管不動作區(qū)域離散分布，因而無法明顯降低開關(guān)損耗。有文獻(xiàn)提出一種基于DSVPWM1和DSVPWM3[15,16]混合調(diào)制策略，能夠有效控制中點電位平衡和降低開關(guān)損耗，但并未考慮兩者切換時的過渡，可能會出現(xiàn)兩個開關(guān)管同時動作的情況。

針對中點電位平衡問題和開關(guān)損耗問題，基于不連續(xù)SVPWM方法，西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院的研究人員羅銳、何英杰等，在2018年第14期《電工技術(shù)學(xué)報》上撰文，提出了一種能夠同時降低開關(guān)損耗和控制中點電位平衡的混合調(diào)制策略。該策略通過檢測變流器交流側(cè)三相瞬時電流的方向與直流側(cè)兩個電容電壓的差值來切換矢量序列，進(jìn)而控制中點電位在合理范圍內(nèi)波動以及選擇電流最大相或較大相不動作來降低開關(guān)損耗，這兩部分之間的切換采用滯環(huán)控制方式。在變流器全功率因數(shù)區(qū)域運行時，該混合調(diào)制策略均能有效地控制中點電位平衡并降低開關(guān)損耗。最后仿真和實驗結(jié)果驗證該調(diào)制策略的可行性和有效性。

圖1 三電平變流器主電路

（原文標(biāo)題“三電平變流器中點電位平衡及低開關(guān)損耗SVPWM策略”，DOI: 10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.170786）