一种通用的H桥级联多电平逆变器SVPWM控制

摘要：H桥级联多电平逆变器调速系统中，电压矢量数目过多，存在计算困难及电压矢量优化选择的问题。对多电平系统电压矢量的特点和规律进行深入分析，提出了一种简单、通用的电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制算法。该算法可减小谐波畸变，降低开关频率，能很容易地确定参考电压矢量位置和各矢量作用时间，且占用存储空间小，无需查表。最后，通过13电平H桥级联型逆变器驱动系统的实验，验证了该方法的有效性。
关键词：逆变器；多电平；电压空间矢量

1 引言
多电平逆变器波形质量高，开关损耗低，是近年来研究的热点。随着电压水平的提高，逆变器输出电压的谐波含量降低，并能最终得到理想的正弦波，因此，多电平逆变器常用在高压大功率装置中。SVPWM能提供最优开关类型，且适用于数字装置，在所有多电平逆变器算法中最具前景，但由于空间矢量和冗余开关状态的数量非常大，3电平以上的SVPWM非常复杂。
针对多电平逆变器控制的复杂性，文献提出了各自的空间矢量算法，但均存在缺陷。在此提出一种通用的空间矢量算法，该算法简单有效，易于实施，参考电压矢量位置和空间矢量作用时间易于计算；对于特定参考电压很容易确定所有冗余开关状态；为了获得最小谐波畸变率，开关类型的选择非常重要，该算法能自动产生开关类型，无需查表，降低了存储空间。该算法可用于任何高电平级联型H桥逆变器。

2 级联型H桥逆变器
通常，典型2N+1电平逆变器需要N个H桥，每个H桥有一个独立的直流电源U，其相电压为NU，(N-1)U，…，-(N-1)U，-NU，其相应的电压空间矢量图可划分成6个三角扇区，这里仅分析第1扇区，因为其他扇区的矢量可用旋转(π／3)k(k=1，2，…，6)角度的方法变换到第1扇区。通常2N+1电平的逆变器在图1所示的第1扇区中，参考矢量Uref沿m轴，n轴的分量分别为：

式中：θ为Uref的旋转角度。