← 返回
基于载波的三电平NPC逆变器最小损耗断续PWM与中点电压平衡
Carrier-Based Minimum-Loss Discontinuous PWM With Neutral-Point Voltage Balancing for Three-Level NPC Inverters
| 作者 | |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | PWM控制 三电平 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 三电平逆变器 不连续脉宽调制 最小损耗 开关损耗 中点电压平衡 |
语言:
中文摘要
本文分析了三电平逆变器的零钳位可能区域，并研究了不连续脉宽调制（DPWM）中正钳位、负钳位和零钳位的选择标准。基于此分析，提出了一种基于载波的最小损耗 DPWM（MLDPWM）方法，以最小化三电平逆变器的开关损耗。该方法通过应用零钳位，进一步增大了峰值电流附近的钳位区域。因此，考虑到功率因数角和调制指数的所有范围，通过减少峰值电流附近的开关次数，可以使开关损耗最小化。在开关损耗函数方面，将所提方法的性能与传统 DPWM 方法进行了比较。此外，在保持所提 MLDPWM 原则的同时，通过调整钳位区域实现了中性点电压平衡。最后，通过仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。
English Abstract
This article analyzes zero-clamping possible regions of three-level inverters and investigates the selection criteria for positive, negative, and zero clamping in discontinuous pulsewidth modulation (DPWM). Based on this analysis, a carrier-based minimum-loss DPWM (MLDPWM) is proposed to minimize the switching loss of the three-level inverters. The proposed method further increases the clamping region furthermore in the vicinity of a peak current by applying the zero clamping. Consequently, the switching loss can be minimized by reducing the number of switching near the peak current, considering all ranges of power factor angles and modulation indices. The performance of the proposed method is compared with that of the conventional DPWM method in the aspect of switching loss function. Moreover, the neutral-point voltage balancing is achieved by adjusting the clamping region while maintaining the principles of proposed MLDPWM. Finally, the effectiveness of the proposed method is verified by simulation and experimental results.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这项针对三电平NPC逆变器的最小损耗不连续PWM技术具有重要的应用价值。该技术通过优化零钳位策略，在峰值电流附近扩大钳位区域，有效减少了开关次数，从而最小化开关损耗。这一技术创新与我司在光伏逆变器和储能变流器领域的核心需求高度契合。
在产品层面，该技术可直接应用于我司的大功率集中式光伏逆变器和储能PCS产品线。三电平拓扑已是我司中高压、大容量产品的主流技术路线，而开关损耗的降低意味着系统效率的提升和散热需求的减少。特别是在储能系统中，频繁的充放电切换对逆变器效率要求更为苛刻，该技术可显著提升全工况效率，降低LCOE（平准化度电成本），增强产品市场竞争力。
技术价值方面，该方法同时实现了中点电压平衡控制，解决了三电平逆变器的关键技术难题。论文提出的基于载波的实现方式具有良好的工程可实现性，适合集成到我司现有的数字控制平台。考虑到全功率因数角和调制度范围的优化特性，该技术对光伏发电的宽工况运行场景尤为适用。
从应用前景看，该技术已具备较高成熟度，通过仿真和实验验证。建议我司技术团队重点评估其在高温、高海拔等极端环境下的性能表现，以及与我司现有MPPT算法、无功支撑等控制策略的协同效果。若验证成功，可作为下一代产品的差异化技术优势，特别是在追求极致效率的工商业储能和大型地面电站应用场景中形成技术壁垒。