多电平三相逆变器的建模及仿真

l 引言

多电平逆变器适用于高压、大功率电力电子装置和设备中，是当前研究的热点。其基本思想是把多个功率器件按一定的拓扑结构连接成可以提供多种电平输出的电路，然后使用适当的控制逻辑将几个电平台阶合成阶梯波以输出逼近正弦的交流电压。多电平逆变器在大功率有源电力滤波、无功补偿等电能质量综合治理领域以及高电压电动机驱动等场合获得了广泛的应用。

2 三电平逆变器的数学模型

对多电平变换器的时域和频域模型的深入研究，是提高多电平变换器系统控制性能的一个关键问题，因此需要对多电平变换器进行数学建模处理，以期获得更好系统性能。这里以二极管钳位式的三电平逆变器（如图1所示）为对象，对其进行了数学建模分析。三电平逆变器[1]是多电平逆变器^[2]中最简单、最实用的一种，目前比较成熟是二极管中点嵌位式三电平逆变器。中点嵌位式(Neutral Point Clamped)三电平逆变器由A．Nabae等人在1980年的IAS会议上提出。

为建立三电平变换器的数学模型，作如下理想假设：(a)直流侧的输入电源是理想的恒定的直流电压源。(b)所有开关器件都是理想的开关，也即所有开关器件没有惯性和损耗。(c)直流侧电容也是理想，也即无内阻、无电感(d)变换器的开关频率远大于基波频率。(e)变换器的负载是三相对称感性负载。引入开关函数Sij，其中i表示第i相(i=a,b,c)，j表示i相的开关接到哪个点(j=P,N,O)，对中点箝位型的变换器建立等效模型如图1所示。