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T型三电平并网逆变器的控制方法研究

范谱林;张立炎

【摘要】文中使用改进型SPWM控制策略设计了一种针对三相T型三电平并网

逆变器的控制方法,针对输出有功功率和无功功率耦合的问题,在所设计的控制环路

中引入电流前馈环节,实现了输出电流有功分量和无功分量解耦.T型三电平拓扑演

变于传统中性点钳位拓扑,具有开关器件少、效率高、电磁干扰较低等优点,设计了

功率闭环控制器,增强电网扰动下功率输出的准确性.最后通过仿真模型验证可行性.

【期刊名称】《通信电源技术》

【年(卷),期】2015(032)004

【总页数】3页(P19-21)

【关键词】T型三电平;逆变器;功率闭环控制器

【作者】范谱林;张立炎

【作者单位】武汉理工大学自动化学院,湖北武汉430070;武汉理工大学自动化学

院,湖北武汉430070

【正文语种】中文

【中图分类】TM464

0引言

太阳、风力发电等新能源系统需要并网逆变器作为与电网的接口，大功率无变压器

拓扑结构可以考虑多电平逆变器。与传统的两电平全桥电路相比，中性点钳位

（NPC）拓扑具有较低的电压上升率，更低的开关损耗，从而提高逆变器的效率

［1］。

本文首先针对T型三电平逆变器独特的中性点钳位方式，提出了将改进后的

SPWM调制方式应用于三相T型并网逆变器中，设计了电流前馈解耦控制器以及

功率闭环控制器，实现了并网时有功功率和无功功率的单独控制。最后使用

simulink仿真验证控制方法，在有电网扰动的情况下具有一定的鲁棒性。

1T型三电平拓扑

1．1拓扑介绍

T型三电平NPC拓扑也称为Conergy三电平拓扑，在电容分压得到的中性点与输

出点之间加入了双向的功率开关，实现中性点的钳位。这种拓扑单独一只桥臂形似

旋转过的字母‘T’，因此称为T型三电平。

T型三电平的工作原理［2］在于，通过双向的功率器件将输出点与中性点钳位，

这种双向的功率器件可以使用反并联或者反串联的IGBT，或者单只逆阻型IGBT。

1．2工作状态分析

以单桥臂为例分析T型三电平逆变器的工作方式，定义从输出点A流向电感的方

向为正，根据相电流与相电压的极性，电路分为4种工作状态。

图1所示的拓扑是三相T型三电平逆变器的A相桥臂，开关状态如表1所示。在

输出等效正弦电压的正半周期，Sa2保持导通，Sa4保持关断，Sa1和Sa3导通

信号保持互补；在输出等效电压的负半周期，Sa3保持导通，Sa1保持关断，Sa2

和Sa4导通信号保持互补。

图1单相ConergyNpc拓扑结构

1．3三相拓扑

Conergy三电平拓扑增加了钳位电路，可以使用双向IGBT，两只反向并联的

IGBT或者两只反向串联的IGBT，利用晶体管内部的体二极管实现电流的续流。如

图2所示，描述了三相三桥臂的T型三电平NPC逆变器拓扑，直流母线P和N

分别接入直流电源的正负极，通过两只相同容量的电容分压，得到中性点，或者成

为电压的“中点”［3］。

表1Conergy三电平NPC的半桥开关状态电压Sa1Sa2Sa3Sa4正半周期1

100001负半周期100011

图2三相ConergyNPC并网拓扑

正弦波脉宽调制（SPWM）的调制波是正弦波，通过与三角载波比较输出控制脉

冲。为了将SPWM应用于三电平T型逆变器，需要在控制脉冲的产生上做一定的

修改。在脉宽调制方式的基础上，可以使用双极性三角载波与正弦波比较得到脉冲

序列［4］。

2数学模型

在三相静止对称坐标系中建立逆变器的一般数学模型，通过坐标变换将三相静止的

abc坐标系转换成以电网基波频率同步旋转的dq坐标系，交流量可以转化为直流

量，便于控制系统的设计［5］。

假设电网是三相平衡的，逆变器通过滤波电感L以及电阻R与电网相连，dq坐标

系下的数学模型如下：

其中ed、eq是电网电动势E的分量，ud、uq是逆变器交流侧SPWM调制波电

压的d、q分量，id、iq是电网流向逆变器的电流矢量I的d、q轴分量。

3使用前馈解耦控制的电流闭环

并网逆变器的功率控制是以瞬时功率理论