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电源技术论文
三电平变换器中点电压平衡问题的研究
摘要：为了全面分析中点电位平衡问题，建立了一个三电平变换器的数学模型，分析了
三电平变换器中点电位不平衡的原因，详细地讨论了空间矢量控制方法中不同矢量对中
点电位的影响。最后，实验研究了一种基于检测直流侧中点电流的方向和直流侧电容电
压的大小，来平衡中点电位的滞环控制方法。实验结果验证了该滞环控制方法平衡中点
电位的有效性。
关键词：三电平变换器；中点电压平衡；空间矢量PWM
引言
二极管中点箝位型逆变器[1]是最近研究的一个热点。这种拓扑结构，每个功率开关
管承受的最大电压为直流侧电压的1/2，另外，由于相电压有三种电平状态，比传统的二
电平逆变器多了一个电平，因此输出波形质量高。因而这种结构变换器在高性能、中高
电压的变频调速，有源电力滤波装置和电力系统无功补偿等领域有着广泛的应用。但是
，这种变换器采用两个电容串联来产生三个电平，由于开关器件本身特性的不一致和变
换器能量转换时中点电位参与能量的传输，因此，会产生两个电容电压分压不均的问题
，即中点平衡问题。如果中点电位不平衡，在交流输出侧会产生低次谐波，使逆变器的
输出效率变低，同时谐波还会对电机产生脉动转矩，影响电机的调速性能；另外，逆变
器某些开关管承受的电压增高，降低了系统的可靠性；最后，中点电位波动降低了直流
侧电容的寿命。
图1
国内外学者对三电平逆变器中点问题作了不少的研究，提出了不少的方法。载波SPWM方
法中平衡中点电位一般都是在调制波中注入适当零序分量。文献[2]中注入三次零序分量
来平衡中点电位，文献[3]中提出了一种注入零序电压的分析算法。空间矢量方法中平衡
中点电位的方法[4]归纳起来主要有以下几种：
1）开环被动控制在每一个新开关周期，小矢量的P，N状态进行转换，这种方法只有
在平衡负载的情况下能够较好控制中点电位，其
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