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改进的同步SVPWM策略用于大功率三电平有源中点钳位牵引逆变器
Improved Synchronized SVPWM Strategy for High-Power Three-Level Active Neutral Point Clamped Traction Inverter
| 作者 | Mutian Zhao · Qiongxuan Ge · Jinquan Zhu · Ke Wang · Bo Zhang · Lu Zhao |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2024年10月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | PWM控制 空间矢量调制SVPWM 三电平 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 磁悬浮列车 三电平有源中点钳位牵引逆变器 改进同步空间矢量脉宽调制 谐波特性 平滑切换策略 |
语言:
中文摘要
大功率三电平有源中点钳位（3L - ANPC）牵引逆变器被应用于磁悬浮列车中。在高速运行时，载波比（$C_r$）相对较低。为优化输出电压的谐波性能，本文提出一种适用于多采样率控制系统的改进型同步空间矢量脉宽调制（ISSVM）方法，该方法可在载波比为 3 的整数倍时实现任意相电压半周期脉冲数。通过所提出的基于 3L - ISSVM 的频谱分析方法，从根本上分析了相电压的谐波特性。介绍了一种通过相位补偿并在特定角度区间进行切换的宽带多模式 ISSVM 平滑切换策略。实验结果表明，与现有的同步脉宽调制策略相比，所提出的 ISSVM 具有更优的谐波和动态性能。两种 ISSVM 策略之间的切换可以实现相电压无两电平跃变且三相不同时动作。该方法非常适合宽频率范围同步电机的闭环控制。
English Abstract
The high-power three-level active neutral point clamped (3L-ANPC) traction inverter is employed in maglev train. During high-speed operation, the carrier ratio (Cr) is relatively low. To optimize the harmonic performance of the output voltage, an improved synchronized space vector pulsewidth modulation (ISSVM) tailored for the multisampling rate control system is proposed, which can achieve any phase voltage half-period pulse number under an integer multiple Cr of three. Through the proposed spectrum analytical method based on the 3L-ISSVM, the harmonic characteristics of the phase voltage are fundamentally analyzed. A smooth switching strategy for broadband multimode ISSVM by phase compensation and switching in a specific angle interval is introduced. The experimental results indicate that, compared to existing synchronized pulsewidth modulation strategies, the proposed ISSVM offers superior harmonic and dynamic performance. The switching between the two ISSVM strategies can be realized without two-level jump in phase voltage and simultaneous action in three-phase. It is well-suited for closed-loop control of synchronous motors across a wide frequency range.
S
SunView 深度解读
本文针对三电平有源中点钳位（3L-ANPC）牵引逆变器提出的改进型同步空间矢量调制（ISSVM）策略，对阳光电源在高功率逆变器领域的技术升级具有重要参考价值。该技术虽源于磁悬浮列车牵引系统，但其核心解决的低载波比工况下谐波优化问题，与我司大功率光伏逆变器和储能变流器在高功率密度、宽频率范围运行时面临的技术挑战高度契合。
从业务应用角度看，该技术的多采样率控制系统和宽带多模式平滑切换策略可直接赋能我司1500V及以上高压大功率集中式逆变器产品线。特别是在大型地面电站和工商业储能系统中，设备需要适应宽范围的功率波动和频率变化，论文提出的相位补偿和特定角度区间切换方法能够有效避免模式切换时的电压跳变，这对提升系统稳定性和电能质量具有实质意义。三电平ANPC拓扑本身具备的损耗均衡特性，结合改进调制策略的优异谐波性能，可进一步降低滤波器体积和系统成本。
技术成熟度方面，该方案已在轨道交通领域验证，但向光伏储能领域迁移需要考虑应用场景差异：光伏逆变器面临更复杂的电网环境和更严苛的并网标准，需要针对性地优化低电压穿越、无功支撑等功能与新调制策略的协同。此外，多模式切换算法的实时性要求对控制器算力提出更高要求，需评估在现有DSP/FPGA平台上的实现成本。
建议将该技术纳入我司三电平逆变器的预研规划，重点探索在8MW以上超大功率光伏逆变器和大型储能PCS中的应用潜力，这将成为我司在高端电力电子装备领域构筑技术护城河的重要方向。