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有源中点钳位三电平逆变器中点电位优化控制策略
Optimal Neutral-Point Potential Control Strategy for Active Neutral-Point Clamped Three-Level Inverter
| 作者 | 薛贵景刘计龙李科峰代壮志麦志勤 |
| 期刊 | 中国电机工程学报 |
| 出版日期 | 2025年10月 |
| 卷/期 | 第 45 卷 第 10 期 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | 三相逆变器 PWM控制 空间矢量调制SVPWM PFC整流 三电平 模型预测控制MPC |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 有源中点钳位三电平逆变器 空间矢量调制 中点电位控制 模型预测 调制模式切换 |
版本:
针对现有有源中点钳位三电平（ANPC-3L）逆变器空间矢量调制（SVPWM）策略在高中点电位控制精度与低复杂度间难以兼顾，且在高调制比、低功率因数下中点电位失控区域波动加剧的问题，提出一种基于简化等效SVPWM与模型预测的中点电位优化控制策略。通过构建中点电位预测模型，遍历求解最优矢量序列及其作用时间，实现快速精准调控；在不可控区域引入调制模式动态切换机制，显著抑制中点电位波动，最高降幅约80％，有效降低对直流侧支撑电容容值需求。实验在18kW三相ANPC-3L逆变器平台上验证了该策略的有效性。
现有的有源中点钳位三电平(active neutral-point clamped three-level,ANPC-3L)逆变器空间矢量调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)策略中点电位控制效果有待进一步提升,且难以实现低复杂度和高中点电位控制精度的有机统一.尤其是在ANPC-3L逆变器高调制比、低功率因数工况下,参考电压矢量进入到空间矢量图的中点电位不可控区域,母线中点电位波动问题进一步加剧.针对上述问题,提出一种基于简化等效SVPWM与模型预测的中点电位控制策略.该策略通过建立中点电位预测模型,遍历确定最优的矢量序列及作用时间,实现对中点电位的快速精准控制.在中点电位不可控区域通过调制模式的动态切换,使ANPC-3L逆变器在高调制比、低功率因数工况下中点电位波动最高下降约80％,等效降低了对支撑电容容值的需求.最后,通过一台功率等级18kW的三相ANPC-3L逆变器验证所提控制策略的有效性.
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SunView 深度解读
该ANPC三电平中点电位优化控制策略对阳光电源多条产品线具有直接应用价值。在ST系列储能变流器中，该技术可显著降低直流侧支撑电容需求（中点电位波动降低80%），提升系统功率密度和可靠性，特别适用于PowerTitan大型储能系统的成本优化。在SG系列1500V光伏逆变器中，该策略可改善高调制比工况下的中点电位控制精度，提升系统效率。在电动汽车OBC和电机驱动产品中，模型预测与动态调制模式切换机制可有效应对低功率因数工况，增强宽工况适应性。该技术与阳光电源现有SiC三电平拓扑形成协同，为功率模块设计提供控制层面的创新方案，可融入iSolarCloud平台实现智能优化控制。