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电动汽车驱动 空间矢量调制SVPWM 三电平 ★ 5.0

一种基于混合中压矢量的灵活空间矢量调制策略用于三电平中性点箝位逆变器全范围运行

A Flexible Space Vector Modulation Strategy With Hybrid Medium Voltage Vectors for Full-Range Operation of 3L-NPC Inverters

语言:

中文摘要

本文针对三电平中点箝位(3L - NPC)逆变器提出了一种采用混合中压矢量(MVV)的新型空间矢量调制策略,该策略在确保全调制指数和功率因数范围内中点电压(NPV)平衡的同时,实现了高算法灵活性、低开关损耗和低计算负担。所提出的策略在六个实际中压矢量的位置引入了六个额外的虚拟中压矢量,这使得在不修改参考电压矢量合成方式的情况下保持空间矢量分布。提出了一种简单的判断方案来确定应使用虚拟中压矢量还是实际中压矢量,该方案可灵活调整,在确保中点电压始终平衡的同时大幅降低开关损耗。此外,还提出了一种新颖且简单的确定最优开关序列的方法。此外,实现了具有可调节开关模式的基于载波的调制,以进一步简化实现过程并提高灵活性。仿真和实验结果验证了所提出的策略。

English Abstract

This article proposes a novel space vector modulation strategy with hybrid medium voltage vectors (MVVs) for three-level neutral-point-clamped (3L-NPC) inverters, which achieves high algorithm flexibility, low switching losses, and low computational burden while ensuring neutral-point voltage (NPV) balance over the full range of modulation indices and power factors. The proposed strategy introduces six additional virtual MVVs at the locations of the six actual MVVs, which allows the space vector distribution to be maintained without modifying the synthesis of the reference voltage vector. A simple judgment scheme is presented to determine whether a virtual or actual MVV should be used, which can be flexibly tuned to greatly reduce switching losses while ensuring always balanced NPV. Besides, a novel and simple method for determining the optimal switching sequence is proposed. Furthermore, carrier-based modulation with adjustable switching patterns is achieved to further simplify implementation and improve flexibility. Simulation and experimental results validate the proposed strategy.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项针对三电平中点钳位型(3L-NPC)逆变器的混合中矢量空间矢量调制策略具有重要的技术价值和应用潜力。

**业务相关性分析**:3L-NPC拓扑是阳光电源中高压光伏逆变器和储能变流器的核心技术架构,广泛应用于1500V光伏系统和MW级储能项目。该论文提出的混合调制策略通过引入虚拟中矢量,在全调制度和功率因数范围内实现了中点电压平衡、开关损耗降低和算法灵活性提升的多重优化,这直接契合阳光电源产品在效率、可靠性和成本方面的核心竞争力需求。

**技术价值评估**:该策略的创新点在于通过简单判断机制灵活选择实际或虚拟中矢量,无需修改参考电压合成即可保持空间矢量分布。这种设计理念降低了算法复杂度,有利于在现有DSP/FPGA控制平台上实现,减少计算负担。同时,基于载波的可调开关模式实现方式进一步简化了工程应用。对于阳光电源的SG320HX等大功率组串逆变器和液冷储能系统PCS产品,降低开关损耗可直接提升系统效率0.2-0.5个百分点,在大规模应用中具有显著经济价值。

**应用前景与挑战**:该技术已有仿真和实验验证,技术成熟度较高,可纳入新一代产品的控制算法优化路线图。主要挑战在于需要评估不同工况下(如电网扰动、不平衡负载)的鲁棒性,以及与现有过调制、故障穿越等控制策略的兼容性。建议开展针对性的技术验证,特别关注在高海拔、高温等极端环境下的中点电压平衡性能,为阳光电源在全球化市场中保持技术领先地位提供支撑。