三相三电平逆变器空间电压矢量速记法张庆范山东大学二极管中点箝位式 NPC(Neutral Poi nt Clamped) 三相三电平逆 变器,每相桥臂有四个电力电子器件 Ti、T2、T3、T4,四个续流二极管 D、D、D3、D4,二个箝位二极管 D5、D6每相桥臂可以安排三种开关状态，若用 Sa、Sb、S表示A、BC三相桥臂的开关状态，则 S、S、S应是三态开关变量用S变量表示A相桥臂开关状态若 T1、T2 断，T3、T4 通，Sa= 0，A 接电源负端，Va二-Vd/2若 Tl、T4 断，T2、T3 通，Sa= 0，A 接电源 0 端，Va0若 T3、T4 断，Tl、T2 通，Sa= 0，A 接电源正端，Va0、=+\D/2A相桥臂开关Sa开关变量状态Sai(T i)S2(T2)Sa3(T3)Sa4(T4)VA0输出电压Sa开关状态1100+V)/22P011001O0011-V D/20N定义三相桥臂三态开关变量 Sa Sb Sc，每相桥臂开关 S、S、SC都有三种开关状态0、1、2 （或N O P, -1、0、1）Sa = 0、1、2 S b =0、1、2 Sc =0、1、22Sa21100Sb2S10三相三电平逆变器共有 33=27种开关状态，开关状态为（SSSc） 3，每一种开关状态（SSS）都对应一组确定的电压 V、Vb0、Vc0,从而对应一个确定的空间电压矢量 V。
对应的27个特定空间电压矢量是 V0、W、…、V26，定义矢量( SSSc ) 的 各 个 矢 量 为：V0(000), M(001), V2(002), "(010), V4(011),V 5(012),V 6(020),V 7(021) ,V8(022), V9(100), M°(101),V h(102),V 12(110),V 13(111),V 14(112),V 15( 120),V 16(121),V 17(122),V 18(200),V 19(201),V 2°(202),V 21(210),V 22(211 ),V 24(220), V 25(212),V 26(221),V 27(222)以上用文字叙述的方法记住这 27种空间电压矢量，确实是件不容易的事，不如发明一种新的快速记忆方法一一空间电压矢量速记 法空间电压矢量速记法C相3列9行0、1、2B相9行3列0、1、2A相9行3列0、1、2SaSbScSaSbScSaSbScV0000001002V3010011012V6020021022V9100101102V12110111112V15120121122V18200201202V21210211212V24220221222A相输出端A对电源终点0的电压Vao可用A相开关变量Sa与直流输 入电压Vd表示。
Vj0 = ( Sa -1 ) /2 S a = 0、1、2, Va0 =-V D/2、0、+V)/2 o3.DC/DC变换电路 直流斩波电路Buck降压斩波电路Boost升压斩波电路Buck-Boost两象限可逆直流斩波电路四象限直流斩波电路输出线电压为：Vab= Va0- V b0= ( Sa -S b) /2 osi丿Vout基本单元的并联（a）多电平变换器的基本单元 （b） 基本单元的串联 （c）图1-14多电平变换器的基本单元及其串、并联4.DC/AC变换电路单相逆变电路 画出两基本单元电路的并联电路图; 三相逆变电路 画出三基本单元电路的并联电路图; 三相电压型逆变器pA—(b) 180导的波形A AB(d) fil形负钱(C)三*J形负戦NNN(e) T5T6”导通咎侦电路 (f) 1\T]T2导通咎位电路 (g)T1T2T3导im零侑电路A(町电略B轴20]dACNB轴2(010) 第3扇区第儡区V,1(001)C轴C轴(b)空何欠V 第咖区.2 )60-6(110)第 1 肚孰严区 ——A轴 4(100)第6扇区扇区匕5(101)3(011)乙第5(c)矢就乙(101)的电路(d) 6个特定矢最（町刑二电幣逆变盹样NI山=相三电rw^电路电n液形三相三电平逆变器利用两个IGBT器件（两桥臂）串联电路作为基本单元，设计 IGBT变换器电路。
二极管箝位三电平三相电压型（IGBT）逆变器画出一相（两基本单元电路的串联）主电路电路图S少空间矢量PWM方法(SVPWM)多电平SVPWI方法和两电平 SVPWI方法一样，是一种建立在空 间矢量合成概念上的 PWM方法多电平 SVPWI方法是由两电平 SVPWM 推广所得到的以三相三电平电路为例，它的每一相可输出正 (P)、零(O)、负(N)三种状态，如果将三相的3种状态进行组合，则三相 三电平逆变器可能输出33=27种状态，由此可画出三相三电平的六 角形空间矢量图，如图1-18所示其中24种为非零矢量(有六种空间位置重合)，3种零矢量，这 24种非零矢量将圆周分为12个30°区域(两电平是6个60°区 域)并且空间电压矢量的模不再是如两电平中固定为直流侧电压 Vdc,而是有 Vdc、 3Vdc/2、Vdc/2三种情况因此，可以认为多电平逆变器空间电压矢量法的控制思想与两电平 SPWI是 一致的：对某 一个参考电压矢量，用所在区域相应的电压矢量适时合成，切换所 得不同点在于多电平SVPW的电压矢量更“密集”，模大小可选 择的种类更多，合成时“过渡”更自然，所合成磁链更接近圆磁 场，因而控制更精确，输出电压谐波更小。
PWM空间电压矢量法是一种较为优越和应用广泛的多电平逆变器 方法，其优越性表现在：在大范围的调制比内具有很好的性能；无 需其它控制方法所需存储的大量角度数据；直流电压利用率高等 当然这一方法应用在五电平以上的场合，会存在控制算法过于复杂 的问题j0IGO矢曇图 (b) ^zo(2O2)开黄状応的电跆图0 it 2川(c) ■出电压波形圏图1-18 三相三电平空间矢量图BoA BPTj[D；木pQB CN(b)零态*产0T3^T4导迪,TPT2截止N(c) 1 态，S尸 1T2.T3 导通 tTrT4«止N(d)2态，Sa=2TrT2 导通 fT3xT4＜止1.1.1. 二极管箝位型多电平逆变器 ⑸⑹⑺[8]图1-1所示是二极管箝位型五电平逆变器的单臂电路结构分压电容 C1 C2 C3 C4 ,因此vc1Vc2Vc3Vc4 ；每相桥臂有8个开关器件S1 — S8串联，每4个开关器件同(1 ”表示开关器件导通状态， 0 ”表示开关器件关断状态)时处于导通或关断状态，其中 (S1 , S5)、(S2 , S6)、(S3 , S7)、(S4 , S8)为互补工作的开关对，也即当其中的一个开关导通时，另一个一定关断；反之亦然； Dc1, Dc1',Dc2 , Dc2',Dc3, Dc3'为箝位二极管。
五电平逆变器的输出电压及其对应的开关状态如表 1-1所示对于n电平的二极管箝位型逆变器拓扑，每个桥臂需要 (n-1)个直流分压电容，2(n-1)个主开关器件，(n-1)( n-2) 个箝位二极管通过组合三个相同的单臂电路，利用相同的分压电容，可以容易得到三相电路，如图 1-2所示V5VdcC1V4C2-pV3C3=pV2C4-pV1S1Vo表1-1二极管箝位型五电平逆变器输出电压与开关状态之间的关系输出电压开关状态S1S2S3S4S5S6S7S8Vdc/211110000Vdc/4011110r 00000111100—Vdc/400011110—Vdc/200001111V5V1V2Vo ut1G1G5G6G31* & 1 | .S8 ILXVo4Vo ut2G4G8图4-6混合二极管箝位级联型多电平拓扑。