多电平技术在直接转矩控制系统中的应用研究

摘要：多电平逆变器在直接转矩控制系统中，对减小转矩脉动有积极作用，但中点电位稳定与否，对系统运行的可靠性带来很大影响。这里提出一种电压矢量的合成方法，既能实现直接转矩控制，又能控制中点电压稳定，对分析结论进行了程序仿真和实际装置实验，结果都证明该方法有效。

关键词：逆变器；三电平；直接转矩控制；转矩脉动

1 引言

作为一种先进的控制方法，直接转矩控制结构简单，动态性能优良，但是也存在比较突出的问题，即转矩脉动较大。针对该问题，近年来，学者们提出了许多方法，如空间电压矢量的优化处理，采用无速度传感器运行，改进磁链观测技术，完善控制方式等。这里则是利用多电平技术，细化空间电压矢量，通过降低磁链的谐波，从而减小转矩的脉动量。

2 多电平逆变技术

经过几十年的发展，二极管箝位型多电平逆变器技术已受到越来越多的关注，多电平逆变器较传统的两点平逆变器而言，具有更多的空间电压状态矢量，这样逆变器的整个空间电压矢量平面就可进行细分，在很大程度上能够减小转矩波动与磁链误差。但随着电平数增多，优化矢量表的复杂程度也急剧增加，同时二极管箝位三电平逆变器的中点电压平衡也是一个难点，给直接转矩控制在多电平电路上的应用带来了很多困难。图1示出二极管箝位三电平逆变器。

两电平逆变器每相只有两种开关状态，而三电平逆变器每相则有3种开关状态，这样就有33即27个开关状态组合，其中有6个长矢量(1 -1-1)，(1 1 -1)，(-1 1 -1)，(-1 1 1)，(-1 -1 1)，(1 -1 1)；6个中矢量(1 0 -1)，(0 1 -1)，(-1 10)，(-1 0 1)，(0 -1 1)，(1 -1 0)；12个，小矢量(0 -1 -1)，(1 0 0)，(0 0 -1)，(1 1 0)，(0 1 0)，(-1 0 -1)，(-1 0 0)，(0 1 1)，(-1 -1 0)，(0 01)，(0 -1 0)，(1 0 1)，还有3个零矢量(0 0 0)，(1 1 1)，( -1 -1 -1)。图2示出三电平逆变器电压空间矢量分布。

与两电平逆变器类似，通过Park矢量变换可写出电压空间矢量的数学表达式为：

式中：uAN，uBN，uCN为逆变器三相输出与负载中点之间的相电压；uAO，uBO，uCO为三相输出与逆变器直流侧中点之间的电压。

通常，电源中点与负载中点间的电位不同。