空间矢量PWM在大功率IGCT三电平NPC.doc

空间矢量PWM在大功率IGCT三电平NPC 变流器中应用的研究 绳伟辉1 李崇坚1 朱春毅1 兰志明1 王成胜2 1. 冶金自动化研究设计院 2. 中国科学院电工研究所，中国科学院研究生院 关键词：空间矢量PWM 三电平 IGCT Investigation on the Space Vector PWM for Large Power Three-level Convertor Equipped with IGCTs Sheng Weihui Li Chongjian Zhu Chunyi Lan Zhiming Wang Chengsheng Abstract：In high voltage large power ac drive systems, the three-level NPC convertors equipped with IGCTs are widely used now. The modulate methods for convertors equipped with IGCTs have much more difference from that with IGBTs. In this paper, the principle of space vector PWM (SVPWM) for three-level NPC convertor is introduced. Based on this method, a experiment is carried out on a 7.5MVA three-level NPC convertor system equipped with IGCTs. The experiment results show that the principle is correct. Keywords： SVPWM three-level IGCT 1 引言 采用高压大电流的电力半导体开关器件和多电平的拓扑结构是中高压大容量变流器的有效解决方案[2,3]。自1997年IGCT器件进入市场以来，其优良的特性使其在中高压大容量的场合极具竞争力。目前国外著名的电器公司如ABB、Siemens、GE、Ansaldo均推出了各自的基于IGCT的中高压大容量多电平变流器。IGCT大有取代GTO的趋势。 三电平中点箝位式变流器在中高压大功率场合应用中相对于传统两电平变流器所表现出来的明显优势，引起了广泛的关注。各种适合于三电平的调制方法中，电压空间矢量调制方式不仅可以降低开关频率，提高电压利用率，而且在中点电压控制方面也易于实现，非常适于大功率场合的应用[1,4]。 本文详细研究了三电平中点箝位式变流器电压空间矢量PWM控制算法，对开关矢量的发送方式进行了优化，提出一种首发小矢量的方法，可以保证在扇区之间和扇区内部各小扇区之间的平滑切换。该算法在一套基于IGCT的7.5 MVA大功率三电平中点箝位式变流器上进行了验证。 2 三电平中点钳位式变流器电压空间矢量控制原理 三电平中点箝位式变流器逆变侧主回路如图1所示。如果Vdc1＝Vdc2＝Vdc/2，则三电平的每相电压都有3个电平状态：＋Vdc/2、0和－Vdc/2。 图1 三电平中点箝位式变流器逆变侧主回路 用公式来定义三电平的电压空间矢量为 （1） 式中，，代表该矢量的3个开关函数，取值范围为＋1，0，－1；。 图2为三电平变流器电压空间矢量分布图，其中P，0，N分别表示交流侧电压为＋Vdc/2、0、－Vdc /2。为叙述方便，从(轴开始，沿逆时针方向每60°分为一个扇区，依次为第1扇区至第6扇区。 图2 三电平PWM变流器的电压空间矢量分布图 根据参考电压矢量Vref的模长│Vref│和相角，就可以确定出由哪3个电压空间矢量来等效Vref，并计算出各个电压空间矢量的作用时间。 3 三电平中点钳位式变流器电压空 间矢量调制方法 下面将以Vref在第一扇区为例进行详细分析。当Vref的角度大于60°时，可以类似地分析。图3为第一扇区内电压空间矢量作用时间的分配。 图3 第一扇区开关矢量作用时间分配图 根据式(1)可以计算出在0°～60°内的各个电压空间矢量。为了尽快确定Vref处于图3中哪个小三角形区域，可以先假设Vref位于第3区域内。该区域３个顶点矢量分别为V01，V12，V02，假设这３个顶点相应的矢量作用时间依次为ta0， tb0， tc0，于是有 V01·ta0+ V 12·tb0+ V 02·tc0= V ref·Ts ta0+ tb0+ tc0= Ts （2） 式中：为电压空间矢量P