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多電平逆變器使用低耐壓開(kāi)關(guān)器件即可實(shí)現(xiàn)高壓輸出，電壓變化率dV/dt小、輸出電壓電平數(shù)多，具有效率高、電磁干擾低以及輸出電壓諧波特性好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于柔性交流電傳輸、電機(jī)變頻調(diào)速等中高壓大功率場(chǎng)合。

相對(duì)于鉗位式多電平逆變器（包括二極管鉗位式、飛跨電容式多電平逆變器），H橋級(jí)聯(lián)型多電平逆變器不使用鉗位二極管及鉗位電容，因此，不存在復(fù)雜的電容電壓均衡問(wèn)題；同時(shí)，每個(gè)H橋功率單元可獨(dú)立控制，在輸出電平數(shù)相同的情況下，H橋級(jí)聯(lián)型多電平逆變器所需功率器件最少，易于實(shí)現(xiàn)模塊化，便于拓展。因此，得到廣泛的應(yīng)用。

其中，空間矢量脈寬調(diào)制（Space Vector Pulse Width Modulation, SVPWM）控制策略能明顯減小逆變器輸出諧波成分，降低脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，且其數(shù)字化實(shí)現(xiàn)方便、電壓利用率高，相比于正弦脈寬控制方式優(yōu)勢(shì)明顯。但是，其開(kāi)關(guān)矢量個(gè)數(shù)隨著輸出電平數(shù)的增加而呈幾何級(jí)數(shù)增加，因此，傳統(tǒng)的SVPWM會(huì)占用大量的計(jì)算時(shí)間，實(shí)現(xiàn)難度大，且不具備級(jí)聯(lián)單元模塊化設(shè)計(jì)所必需的通用性。為配合級(jí)聯(lián)型逆變器模塊化的應(yīng)用，目前，相關(guān)文獻(xiàn)針對(duì)多電平逆變器SVPWM的通用性做了以下研究。

有學(xué)者分別采用不同的方法找到SVPWM法的零序電壓，提出向三相調(diào)制波注入零序電壓，并采用多載波脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation, PWM）方法，從而使得逆變器性能上具備SVPWM法電壓利用率高的優(yōu)點(diǎn)。隨著電平數(shù)的增加，零序分量增加且推導(dǎo)零序分量的過(guò)程變得越來(lái)越復(fù)雜。不同零序分量對(duì)應(yīng)不同的控制效果，目前無(wú)相關(guān)研究從理論上全面分析不同零序分量所對(duì)應(yīng)的控制效果。因此，零序分量的選擇無(wú)所適從。

有學(xué)者提出一種基于坐標(biāo)變換以及開(kāi)關(guān)序列映射的SVPWM法，需要坐標(biāo)變換確定參考矢量的位置，并采用兩電平SVPWM法確定占空比。該方法需要一個(gè)預(yù)先存儲(chǔ)的映射表來(lái)確定開(kāi)關(guān)序列。而隨著電平數(shù)的增加，開(kāi)關(guān)序列數(shù)量增加。因此，在應(yīng)用于更高電平數(shù)的逆變器時(shí)，需更改映射表且要求更多的內(nèi)存以及更長(zhǎng)的映射時(shí)間。

針對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)所需存儲(chǔ)映射表不具備通用性的缺點(diǎn)，有學(xué)者提出的SVPWM法基于兩個(gè)通用的映射表，生成所有可用開(kāi)關(guān)狀態(tài)及序列，并且提供可調(diào)開(kāi)關(guān)序列和占空比兩種自由度，使得多電平逆變器性能的優(yōu)化具備更大的靈活性。有學(xué)者提出一種在60°坐標(biāo)系下，采用最近基本矢量代替參考矢量的SVPWM法。但是近似代替會(huì)帶來(lái)誤差，且不同電平數(shù)對(duì)應(yīng)不同的矢量表，仍有失一般性。

以上文獻(xiàn)所提通用SVPWM法，均對(duì)多電平矢量空間進(jìn)行處理，再定位并合成參考矢量。而矢量空間始終會(huì)隨著級(jí)聯(lián)數(shù)的增加而呈級(jí)數(shù)增長(zhǎng)，使得計(jì)算或存儲(chǔ)表變復(fù)雜，工程實(shí)現(xiàn)的便利性較差。另外一種思路是將參考矢量進(jìn)行分解，再由級(jí)聯(lián)單元采用兩電平SVPWM合成分解的小參考矢量。

有學(xué)者針對(duì)m單元H橋級(jí)聯(lián)多電平逆變器，提出將參考矢量分解成2m個(gè)具有一定相移的等幅小矢量，各單元橋臂采用兩電平SVPWM法合成小矢量，并行輸出合成目標(biāo)參考矢量。而相關(guān)學(xué)者研究的不同之處在于：將H橋視為一個(gè)單元，各單元采用三電平SVPWM法合成小矢量。該類方法中，每單元基于低電平SVPWM法合成小矢量，并行輸出，具有較強(qiáng)的拓展性與通用性。但是，分解的等幅矢量間存在相位差，使得總電壓利用率不足1.15。

綜上所述，尋求便于模塊化級(jí)聯(lián)多電平逆變器工程應(yīng)用的控制策略，具有重要理論意義及重大應(yīng)用價(jià)值。深入研究發(fā)現(xiàn)，基于矢量分解的思想可以衍生出一類通用SVPWM簡(jiǎn)化算法。

上海大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院的研究人員以三相H橋級(jí)聯(lián)多電平逆變器作為研究對(duì)象，對(duì)兩電平SVPWM中的虛擬三角載波與調(diào)制波的控制自由度進(jìn)行解構(gòu)與重組，提出了基于控制自由度組合的簡(jiǎn)化SVPWM法控制思想，分析了三種基于該思想的VPS-SVPWM法、VCPS-SVPWM法以及VPD-SVPWM法。

該類控制算法采用矢量分解的手段，改變了傳統(tǒng)控制策略在繁雜多電平矢量空間定位及合成參考矢量的慣常做法；將復(fù)雜的多電平SVPWM簡(jiǎn)化為兩電平SVPWM，各單元并行輸出，提高了系統(tǒng)合成效率與控制精度；最重要的是，該類方法徹底解決了模塊化級(jí)聯(lián)多電平逆變器采用SVPWM控制策略的通用性問(wèn)題；更有意義的是，基于所提出的控制思想，可根據(jù)系統(tǒng)性能的指標(biāo)需求，通過(guò)自行組合控制自由度產(chǎn)生相應(yīng)的控制算法。最后，通過(guò)理論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證算法的有效性與可行性。

VCPS-SVPWM及VPD-SVPWM法僅需一次簡(jiǎn)單的矢量分解，各橋臂同一時(shí)間合成同一參考矢量，因此，計(jì)算量相對(duì)于VPS-SVPWM法而言更少；同時(shí)，仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明VCPS-SVPWM及VPD- SVPWM法在輸出電壓諧波性能上也略勝一籌。

該類控制策略的通用性為H橋級(jí)聯(lián)多電平逆變器的模塊化架構(gòu)提供了重要技術(shù)支撐，工程上可應(yīng)用于對(duì)可靠性要求較高的大功率三相電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，如發(fā)電廠的給水系統(tǒng)、高爐的引風(fēng)系統(tǒng)及石油管道的增壓系統(tǒng)等。

以上研究成果已發(fā)表在2019年第22期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“基于控制自由度組合的簡(jiǎn)化多電平空間矢量脈寬調(diào)制控制策略”，作者為陳息坤、李婷娜。