1  引言

                                                                                                                  
                 
                                                           

图1  三电平PWM整流器主电路图                                                                                                      

2  三电平整流器的数学模型

矢量反变换送给SVPWM脉冲发生器，通过空间矢量调制器对整流器中的开关器件进行控制产生开关信号送到变换器主电路，通过开关器件的开关动作使得整流器的输入电流波形为正弦且和电源电压波形同相位，达到功率因数为1的控制要求。基于电压定向的双闭环SVPWM的控制原理结构框图见图2。

图2 PWM整流器矢量控制原理框图                                                                                            

3 三电平整流器的简化控制算法

对三电平整流器采用新颖的空间矢量脉宽调制SVPWM生成算法，三电平电压空间矢量图可视为由6个两电平电压空间矢量构成的小六边形相互叠合而成，如图3所示。要判断参考电压矢量所在的位置只需判定其所处的小六边形，用S表示参考电压矢量位于的小六边形号。在判定参考电压矢量所在的小六边形后，经过坐标平移即可将三电平电压矢量平面简化为两电平电压矢量平面^[5]。

(a)                      (b)                                                                                                             

                  图3 简化的三电平逆变器空间矢量图

             图4 参考电压矢量的修正

4 仿真研究

搭建三电平PWM整流器基于电压定向的双闭环控制方法的仿真模型。仿真参数为：交流侧相电压峰值为690V，频率为50Hz；交流侧输入电感为5mH，电阻为0.1Ω；直流侧给定电压为1300V，直流侧电容为5000μF，负载电阻30Ω；采样时间0.0005s。仿真结果如图5所示。

(a) 直流输出电压波形                                                                                                                              

(b) 相电压电流波形                                                                                                                            

(c) 两电容电压波形                                                                                                           

(d) 中点电位波形                                                                                                           

(e) 三相电流波形                                                                                                      

图5  三电平PWM整流器电压定向直接电流控制方法仿真结果                                                                                               

从图5(a)可以看出，直流侧电压波形稳定，系统运行平稳；图5(b)、(e)表明对三电平PWM整流器交流侧电网电压和电流的波形，它们同相位，功率因数近似为1，实现了整流器交流侧输入电流的正弦化；图5（d）为中点电位波形，中点电位在-5V和+5V之间波动，波动很小，基本解决了中点电位的平衡问题。因此，将PWM整流器用于和电网连接时，能够降低对电网的谐波污染。

5 结论

本文提出一种基于d-q坐标系的三电平PWM整流器的SVPWM控制算法，获得了单位功率因数的电网侧交流正弦电流，实现了对输入电流的控制，保证整流器运行于单位功率因数状态。整流器还可以工作在逆变状态,向电网回馈能量，实现功率双向流动^[6]。仿真和实验结果验证了本文提出的三电平整流器控制策略和SVPWM技术是正确的。