多电平变流器中点电位不平衡的机制分析

由于N电平交流器中引入了N-1个直流母线电容，因此直流母线电容的充放电平衡控制对中点电位的平衡有重要的影响。直流侧电容由于一个周期内流入和流出的电流不同，会造成某些分压电容总在放电，而另一些则总在充电，电容电压充放电不均衡，导致输出电平不准确。这会提高对主管阻断耐压的要求，增大线电压谐波含量，对整个系统工作不利。为了更清晰地分析多电平中点电位不平衡机制，本文对三电平电路进行分析。这种分析也适用于更高的电平。

图1 三电平逆变器主电路拓扑

典型的三电平二极管箝位型逆变器的主电路拓扑如图1所示。直流母线中点电位是指直流母线电容中性点O′与直流侧电流参考点O之间的电位差，即U_O′_O，直流母线中点电位的电流为i_NP，在三电平变流器控制中，不同的开关状态对中点电位不同的充放电作用。如图2所示，大矢量对中点电位没有影响；小矢量的2种冗余开关状态对中点电位的影响刚好相反。如图1所示，对于a相电路，电压矢量U_POO引起的中点电位电流i_NP=i_a，电压矢量U_ONN引起的中点电位电流i_NP=-i_a，因此可充分利用0电平的冗余状态，适当选择合适的开关状态，使整个周期中点的充放电大致平衡。对于三电平三相电路中点电位的平衡问题，空间矢量中的长矢量和零矢量对中点电位没有影响，中矢量对中点电位的影响不能消除，是个不控量，因此只能从短矢量的冗余开关状态进行优化选择。总结三电平中各开关矢量对中点电位的影响，如表1所示。

图2 开关状态对中点电位的影响(www.xing528.com)

a）大矢量 b）中矢量 c）大矢量 d）冗余小矢量 e）冗余小矢量

表1 各开关状态对中点电位的影响