有功無功對三電平中點不平衡的影響

摘要：在原有空間矢量中點電位分析的基礎上，分析了中點偏移和波動與三電平變流器有功功率和無功功率的關系。將中點電流表達式Park變換到同步旋轉的d，q坐標系中，然后分別分析d軸(有功)和q軸(無功)對中點電位的影響。先利用仿真分析得出結論，然后再通過實驗驗證結論的正確性。實驗結果表明，有功功率主要影響中點電位的偏移，無功功率主要影響中點電位的波動。
關鍵詞：交流器；中點電位；開關矢量；空間矢量

1 引言
與傳統兩電平變流器相比，三電平變流器具有耐壓等級高、開關損耗低、輸出諧波低等優點，在高壓大功率應用中表現出明顯優勢。但三電平變流器存在一個固有問題，即中點電位不平衡。如果電容電壓嚴重不平衡，不僅大大增加輸出電壓的諧波，還有可能損壞開關器件和直流側電容。
目前，中點電位不平衡處理方法主要有：①采用兩個或多個直流源；②采用附加的功率器件，向中點注入或抽出電流；③選擇合理的矢量作用時間和順序。其中方法①和②增加了系統的復雜性，而方法③多是針對SVPWM的特性和中性點電位失衡的關系，缺少了其他量的關系。此處在空間矢量與中點電位失衡關系基礎上，通過將三相電流矢量和開關矢量Park變換為d，q軸分量，分別分析了它們對中點電位偏移和波動的影響。

2 三電平拓撲、電壓矢量和電流矢量
2．1 拓撲和電壓矢量
目前三電平變流器的拓撲主要有飛跨電容式、級聯式和中點箝位式，在此主要針對中點筘位式三電平拓撲進行分析，圖1為中點箝位式三電平變流器拓撲。

定義Sk為三電平變流器的開關函數為：

式中：VSk1～VSk4為k相橋臂的4個開關。