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1、二极管钳位型三电平变流器的调制策略 李宁 博士 目录 多电平拓扑及其调制方法 载波调制策略与矢量调制策略的等效关系 双调制波载波调制策略 直接功率控制中的功率滞环策略 主要结论 2 多电平拓扑及其调制方法 多电平拓扑是高压大功率系统的重要解决方案 电动汽 车 风电 移动性 3 太阳能 SVG UPS HVDC 多电平拓扑及其调制方法 二极管钳位型拓扑 MMC拓扑 四大类多电平拓扑： 1.二极管钳位型最早提出； 2.二极管钳位型、级联型和MMC型最常用； 3.四种拓扑各有优缺点； 4.电平数小于五以二极管钳位型拓扑为主， 电平数为7、9、11等以级联型拓扑为主， 电平数为几十至上百以MMC拓扑
2、为主。 4 C1 C2 P(2) O(1) N(0) io Udc + - ia ib ic Load uC1 uC2 ic1 ic2 A C1 C2 C3 C4 Udc Sx1 Sx2 Sx3 Sx4 Sx5 Sx6 Sx7 Sx8 A Udc Sx1 Sx2 Sx3 Sx4 Sx5 Sx6 Sx7 Sx8 C1 C2 C3 C4 (a)传统拓扑(b)新型拓扑 电容钳位型拓扑 S1 S2 S5 S6 S3 S4 S7 S8 Udc Udc Ua+ Ua- 级联型拓扑 S_M 1 S_M 2 S_M n S_M 1 S_M 2 S_M n S_M 1 S_M 2 S_M n S_M 1 S_M
3、 2 S_M n S_M 1 S_M 2 S_M n S_M 1 S_M 2 S_M n Ua i Da i a i VTVT1 1VDVD1 1 VTVT2 2VDVD2 2 C C （a）MMC变流器拓扑图（b）MMC变流器子模块结构图 多电平拓扑及其调制方法 常用多电平调制策略 5 多电平变流器调制策略 多电平载波调制策略多电平矢量调制策略其它多电平PWM策略 单调 制波 策略 多调 制波 策略 载 波 层 叠 法 载 波 交 叠 法 空间 矢量 调制 策略 虚拟空间 矢量调制 策略 载波同相 正负反相 交替反相 滞环 比较 PWM 策略 优化 PWM 策略 特定谐波 消去法叠加 零序
4、分量 法 考虑直流电压平衡 提高直流电压利用率 降低开关损耗 目录 多电平拓扑及其调制方法 载波调制策略与矢量调制策略的等效关系 双调制波载波调制策略 直接功率控制中的功率滞环策略 主要结论 6 2.1 研究现状 7 两种调制策略的 基本原理 1. 研究载波调制策略与空间矢量调制策略内在联系的意义； 2. 多电平载波调制策略与空间矢量调制策略的调制波等效关系的理解； 3. 多电平载波调制策略与空间矢量调制策略的等效前提； 4. 多电平载波调制策略与虚拟空间矢量调制策略的等效关系。 现有问题 2.1 研究思路 研究目的 1. 完善三电平SPWM策略与SVPWM策略等效理论并推导调制波等效关系；
5、2. 提出三电平SPWM策略与SVPWM策略新型等效关系-导通时间等效关系； 3. 分析三电平SPWM策略与SVPWM策略等效关系并据此分析三电平 VSVPWM特性。 8 研究思路 调制波等效关系调制波等效关系 三电平三电平SPWM策略策略三电平三电平SVPWM策略策略 调制波调制波等效调制波等效调制波 Uz 导通时间导通时间导通时间导通时间 Tz 导通时间等效关系导通时间等效关系 一致性一致性 三电平三电平VSVPWM策略策略 调制波等效关系调制波等效关系 三电平三电平VSVPWM策略特性策略特性 研究意义 1. 统一算法，加深理解； 2. 简化实现过程，减小误差，提高效率； 3. 应用等效
6、关系分析矢量调制策略性能。 2.3 研究内容 9 研究内容 1.三电平SPWM与SVPWM的调制波等效关系； 2.三电平SPWM与SVPWM的导通时间等效关系； 3.三电平SPWM与VSVPWM调制波等效关系。 SVPWM策略输出开关序 列：一个开关周期内最多 输出七个开状态 SPWM策略输出开关序列： 一个开关周期内最多输出四 个开状态 开关 状态 不大 于4 2.3 研究内容 10 asv123s bsv13s csv1s ()/ ()/ /1 UkTTTT UkTTT UkTT 2asvbsvs 3bsvcsvs 1s23 () (1) TUUT TUUT TTTT 三电平SPWM与SV
7、PWM调制波等效 SVPWM策略三类三角形： 1）由一个大矢量、一个中矢量和一个小 矢量构成的； 2）由一个中矢量和2个小矢量构成的； 3）由2个小矢量和一个零矢量构成的 第一类小三角形：110，210，220和221 * sv * sv * sv * aaz zbb ccz acb 0 UUU UUU UUU UUU zasvcsvbsv ()/3UUUU * * as2b cs3b s123 () (1) TUUT TUUT TTTT * 11a1cz (21)(1)UkkUkU 第二类小三角形和第三类第二类小三角形和第三类 小三角形需重新划分开关小三角形需重新划分开关 状态状态 2.3
8、研究内容 11 三电平SPWM与SVPWM调制波等效 小三角形序号小三角形序号等效关系式等效关系式 1Uxsv=Uxsp+Uz1 2Uxsv=Uxsp+Uz2 3Uxsv=Uxsp+Uz3 4Uxsv=Uxsp+Uz4 5、6Uxsv=Uxsp+Uz5,6 4455 4455 222333 222 maxmidminmid maxminmidmid maxmidminmid maxmid z1z2 z3z4 (1)()(1)() (1)()(1)() (1)(1)()(1) ( (1) () k UkUk UkU UU k UkUk UkU kk UkUkk UkU UU kk UkU ， ，
9、 奇扇区奇扇区 偶扇区偶扇区 奇扇区奇 偶扇区 333 111 midmin maxminz5,6 ) (1)(1)() (21)(1) kk UkU UkkUkU 扇区 偶扇区 2.3 研究内容 12 小三角形序号小三角形序号等效关系式等效关系式 1Tsvx=Tspx+Tz1Ty 2Tsvx=Tspx+Tz2Ty 3Tsvx=Tspx+Tz3Ty 4Tsvx=Tspx+Tz4Ty 5、6Tsvx=Tspx+Tz5,6Ty 三电平SPWM与SVPWM导通时间等效 ss ss (1)0 ,0 0(1) ,0 xxx xxx UTUTU UTUTU sp T T x T T T * y * 11
10、0 , 0 0 11 , 0 x x U U T Tsvx=Tsvx2Tsvx1Tsvx0T 4mid4maxs z1 4min4mids 55 z2 55 222 z3 222 33 z4 minmid maxmid midmin maxmid max s s s s (1), (1), (1)(1), (1), ( (1), (1), T kUkU T kUkU kk UkU T kk UkU kkU T kUkUT kUkUT T T T T 奇扇区 偶扇区 奇扇区 偶扇区 奇扇区 偶 ， 扇区， 3 333 z5,6111 mid midmin maxmin s s s 1), (1)
11、(1), (21)(1) kU kkUkU TkkUkU T T T 奇扇区 偶扇区 2.3 研究内容 13 两种调制策略基 本原理 两种调制策略基本原理 单调制波SPWM与双调制波SPWM ap 11 cos(), 0, ,2 326 7 cos(), , 326 711 0, , 66 M UM an 3 cos(), 0, ,2 362 5 0, , 66 53 cos( /3), 62 M U M VSVPWM策略等效调制波 VV0，VVS1，VVS2：OOO,ONN,POO,PPO,OON 三电平SPWM与VSVPWM调制波等效 两种空间矢量调制策略基本原理 单调制波SPWM与双调制
12、波SPWM VSVPWM策略等效调制波 2.3 研究内容 14 三电平VSVPWM调制波等效 调制策略三类特性：1）THD；2）直流电压利用率；3）开关损耗。 cs000s0s0c0c 11 cscs 11 (,)/2 (cos()sin()(cos()sin() (cos()sin() nnmm nm mnmn mn FttAAntBntAmtBmt AmtntBmtnt cs j() cscs 2 1 j(,)edd 2 mt nt mnmnmn ABFtttt C 02 1 21 0 cos( cos )( )2cos()( )cos(2) sin( cos )2cos()( )cos(
13、21) l l l l JlJl lJl 2.3 研究内容 15 三电平VSVPWM调制波等效 2 spdcspdc csss 3 spdc1 s 3 1 d 2 2 2 c 3 (,)sin()1( 1) cos()cos()cos() 24 3 1( 1) (1 1( 1)sin( )62 1( 1) )sin()sin() 4 1( 1)cos( (1) ) 1 ) ( 62 2 n n n n n n m l m Um U Ftttnt m U nt Ul nn n nn n l J m sp 1c 10 cscs 11 2 (21)(21) 2sincos 3 ()1cos() 2 cos()sin 3 ) 3 ( ml mnmn mn m m mt AmtntBmtt ll n 2 sp 1 22 21 dc 0 j 2 dc 3 cos()() 2 j 1( 1) (21)cos()( 1) cos() (21)66 (21) ( 1) sin()sin()e2(21) c jj,21 21( os() 663 1) 3 l mnmn l mn m n n m mn n n m m lJ U AB m Cnl U B nn l l n l m n nl s
