Electrical Automation
变流技
术
Converter Techniques
《
电气自
动化
》2018
年第
40
卷 第
4
期
基于三
电平
NPC
逆变器的并网控制策略
潘镜元
1
，
赵香花
2
，
朱大为
3
，
陈晋辉
2
，
刘文华
1
（ 1．
清华大学 电机工程与应用电子技术系
，
北京
1
00084；
2．
张家港智电西威变流技术有限公司
，
江苏 苏州
215600； 3．
卡尔顿大学
，
加拿大
）
摘 要
： NPC
三电平逆变器相对两电平逆变器具有输出电压谐波
含量
低等优点
，
在光伏逆变器
、
储能逆变器等领域具有广泛的应用价
值
。
为了满足
NPC
三电平逆变器运行工况多样和安全运行的双重要求
，
提出了三相三线和三相四线
NPC
三电平逆变器的并
网控制策略
，
包括恒有功
/
恒直流电压
、
系统无功闭环
、
系统负序电流及零序电流闭环控制策略
，
以及中点电位平衡控制策略
，
并给出了
EMTDC /PSCA D
数字仿真和物理样机试验结果
，
验证了所提控制策略的有效性
。
关键词
：
三电平逆变器
；
不平衡电流补偿
；
中点电位平衡
；
并网控制
；
三相四线制
DOI： 10．3969 /j．issn．1000
－
3886．2018．04．003
［
中图分类号
］ TM464 ［
文献标识码
］ A ［
文章编号
］ 1000
－
3886（ 2018） 04
－
0009
－
04
Grid Connection Control Strategy Based on the Three
－
level NPC Inverter
Pan Jingyuan
1
，Zhao Xianghua
2
，Zhu Dawei
3
，Chen Jinhui
2
，Liu Wenhua
1
（ 1． Department of Motor Engineering and Applied Electronics，Tsinghua University，Beijing 100084，China；
2． Zhangjiagang Intelligent Power Xiwei Converter Technology Co．，Ltd．，Suzhou Jiangsu 215600，China；
3． Carleton University，Canada）
Abstract ： The three
－
level NPC inverter has such advantages as low harmonic component of the output voltage，when compared with the two
－
level ones，and has wide application value in many fields including photovoltaic inver t e r and energy storage inverter． To meet the
requirements for diversified operating conditions and safe oper a t i o n of the three
－
level NPC inverter，grid connection control strategies
were presented for the three
－
phase three
－
wire and three
－
phase four
－
wire N PC three
－
level i nv e r t e r，including strategies for constant
active /constant DC voltage control，reactive system closed
－
loop control，system negative
－
sequence /zero
－
sequence current closed
－
loop control，as well as control strategy for balance of neutral point potential． EMTDC /PSCA D digital simulation results and
experimental results of a physical prototype have verified the validity of the proposed contr o l strategy．
Keywords： three
－
level inverter； unbalanced current compensation； balance of neutral point potential； grid
－
connected control； three
－
phase four-
wire system
定稿日
期
： 2017
－
08
－
10
0
引 言
与两电平逆变器相比
，NPC
三电平逆变器在同样开关频率下
输出电压谐波含量
大幅
降低
，
使得功率器件开关损耗降低
，
输出
滤波器体积
、
成本下降
。NPC
三电平逆变器在交流电机传动
、
并
网光伏与储能逆变器及无功补偿等多个领域得到广泛应用
。
三相三线或四线
NPC
三电平逆变器在应用于光伏
、
储能及
无功补偿领域时
，
根据运行工况的不同
，
需要实现恒有功或恒直
流电压控制
、
恒无功或负荷无功补偿控制
、
不平衡负荷
（
负荷负序
和零序电流
）
补偿控制
。
此外
，
为保证逆变器的安全运行
，
必须控
制中点电位为直流侧电压的一半
。
文献
［1
－
2］
对星接链式
STAT-
COM
的并网无功控制及瞬时电流控制策略进行了研究
，
但对三
相三线或四线
NPC
三电平逆变器并网时的不平衡负荷补偿控制
方面的研究论文较少
。
文献
［3］
在空间矢量中点电位分析的基
础上
，
分析了中点偏移和波动与三电平变流器有功功率和无功功
率的关系
，
得出了有功功率主要影响中点电位的偏移
，
无功功率
主要影响中点电位的波动的结论
。
文献
［4
－
5］
对通过零序电压
注入的中点电位控制方法进行了研究
，
文献
［6］
基于简化的
SVP-
WM
提出一种混合式的三电平中点平衡控制策略
，
通过调整小矢
量作用时间来实现中点电位的平衡控制
。
文献
［7］
在 α
－
β
－
0
坐
标系下提出一种基于坐标平移原理的新型三维矢量优化选择调
制策略
，
通过优化选择中点控制度值较高的矢量以合成目标矢
量
，
从而达到最大程度控制直流中点电位偏移的目的
。
文献
［8］
中
，
对于三相三线系统
，
其控制策略为将均压环输出零序电压叠
加到三相调制电压上从而实现了对中点电位的控制
，
而中点电位
给定误差的计算由系统工作模式决定
；
对于三相四线系统
，
采用
均压外环和电流内环的双闭环控制
，
通过均压外环调节零序电流
给定从而实现了中点电位平衡控制
。
这些中点电位控制策略都
各有优缺点
，
在实际算法实现时都较为复杂
。
本文针对三相三线或四线
NPC
三电平逆变器在光伏
、
储能
及无功补偿领域的应用
，
提出了其并网控制策略
，
包括恒有功
/
恒
直流电压
、
系统无功闭环
、
系统负序电流及零序电流闭环控制策
略
，
并通过分析在载波脉宽调制
（ Carrier
－
based Pulse Width Modu-
lation，CBPWM）
下输出电流方向对中点电位的影响
，
提出了一种
根据上下电容电压差来调整脉冲宽度的中点电位平衡控制策略
，
并通过仿真和试验进行了验证
。
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