中點鉗位（Neutral-Point-Clamped, NPC）型三電平逆變器具有輸出電壓和電流質量高、dv/dt低、逆變效率高等優(yōu)勢，在軌道牽引、艦船推進、挖掘盾構等中壓大功率場合得到越來越廣泛的應用。在大功率電機驅動應用場合，為了滿足系統(tǒng)對逆變效率的要求，逆變器通常運行在低開關頻率下，此時基波周期內脈沖數(shù)P（開關頻率fsw與基波頻率fo之比）非常低，導致逆變器輸出電流中含有大量的低次諧波，會引起定子電流畸變、轉矩波動變大等問題。因此，在低開關頻率工況下提高輸出電流質量，是中壓大功率三電平逆變器調制面臨的關鍵問題。

當脈沖數(shù)P<21時，采用異步調制策略會導致逆變器輸出波形中產生大量的諧波，同步空間矢量調制策略通過設計保證輸出波形滿足同步性與對稱性條件的開關序列，可以有效降低逆變器輸出電流諧波畸變率。

此外在低開關頻率應用場合，不連續(xù)空間矢量調制僅使用一個冗余開關狀態(tài)參與參考矢量的合成，逆變器在某些輸出區(qū)間內保持鉗位，與連續(xù)調制相比，不連續(xù)調制作用下的逆變器開關頻率降低1/3，可有效降低開關損耗。

學者們提出了多種適用于低開關頻率運行條件下的逆變器輸出波形質量優(yōu)化調制策略，以有效改善逆變器的運行性能。文獻[8]在脈沖數(shù)P相同的條件下，在波形滿足同步性與對稱性條件的同步調制開關序列中，選取輸出電壓加權諧波畸變率最低的開關序列，從而在低開關頻率下有效改善了逆變器輸出。

文獻[9]將傳統(tǒng)不連續(xù)調制下的開關序列進行了改進，同一有效矢量在采樣周期內作用兩次，并對改進后的開關序列作用下的定子磁鏈波動矢量進行了計算，選擇波動矢量有效值最小的開關序列作用于逆變器。相比傳統(tǒng)不連續(xù)調制，改進型不連續(xù)調制策略在一定調制度范圍內，進一步降低了系統(tǒng)的輸出電流波動。

文獻[10]以傳統(tǒng)連續(xù)調制和不連續(xù)調制開關序列作為備選序列，以輸出電流波動量有效值最小為目標進行開關序列的選取。文獻[11]利用開關狀態(tài)的冗余性，將同步空間矢量調制策略中波形的對稱性與不連續(xù)調制中低開關切換次數(shù)的特性相結合，在減少開關次數(shù)的基礎上，保證輸出波形的同步性、三相對稱性以及半波對稱性，有效地降低了輸出電流諧波。

本文針對低開關頻率下逆變器輸出電流質量優(yōu)化問題，提出了一種NPC型三電平逆變器同步不連續(xù)空間矢量調制輸出電流優(yōu)化策略。首先在不同的參考矢量數(shù)量下，依據參考矢量數(shù)量與各參考矢量所處區(qū)域之間的關系將調制度進行分段，對空間矢量平面進行合理劃分。

在每個調制度區(qū)段內設計滿足同步性與對稱性的開關序列，并利用開關狀態(tài)的冗余性，將“0”鉗位狀態(tài)開關序列加入備選序列，擴充了備選開關序列集合。其次通過分析逆變器輸出電流諧波畸變率與平均誤差電流矢量幅值之間的等效關系，得到同步不連續(xù)調制策略作用下開關序列選取的評價指標。

最后以平均誤差電流矢量幅值最小為原則，選取滿足同步性與對稱性的開關序列，確定不同備選開關序列的最優(yōu)作用區(qū)域，從而有效優(yōu)化了逆變器輸出電流質量。

圖1 中點鉗位型三電平逆變器拓撲結構與輸出狀態(tài)以及空間矢量圖

結論

本文首先對不同參考矢量數(shù)量下，參考矢量所處區(qū)域與調制度的關系進行研究，根據參考矢量所處區(qū)域的不同，對調制度區(qū)間進行分段并設計了滿足同步性與對稱性原則的五種備選開關序列組合。與傳統(tǒng)同步不連續(xù)調制開關序列相比，由于引入了“0”鉗位狀態(tài)開關序列，使備選開關序列組合得到了擴充。其次以平均誤差電流矢量幅值最小為原則，確定不同備選開關序列的最優(yōu)作用區(qū)域。

在此基礎上，提出了一種同步不連續(xù)空間矢量調制輸出電流優(yōu)化策略，該策略在不同調制度區(qū)段選用輸出電流諧波畸變率最小的開關序列組合，可以有效改善逆變器輸出電流質量。