前言：

我此前制作了使用DQ控制維也納整流器的視頻：《基于dq雙閉環(huán)控制的三相三電平Vienna整流器 Part 2》和《基于dq雙閉環(huán)控制的三相三電平Vienna整流器 Part 1》，后臺(tái)收到了很多留言和問(wèn)題，所以還是有很多人對(duì)這種內(nèi)容感興趣的。

加上最近我在想Vienna整流器能不能也可以做出雙向整流和逆變的功能，查了一些文獻(xiàn)后發(fā)現(xiàn)使用T型三電平這個(gè)拓?fù)淇刂凭托?，可?jiàn)圖一它的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和維也納類似。在以維也納模式工作就把前面六個(gè)開(kāi)關(guān)管關(guān)閉，用體二極管整流器。逆變就使用三電平的控制方法，由于使用DQ控制方法，整流和逆變的控制實(shí)現(xiàn)其實(shí)差不多，所以本文就做T型三電平的三相整流器的控制和實(shí)現(xiàn)介紹。

（圖一 T型三電平整流器）

1.效率：作為對(duì)比二極管鉗位的三電平拓?fù)?，T型三電平結(jié)構(gòu)少了鉗位用的二極管，也少了飛跨電容的大容量功率電容。六個(gè)橫跨PN母線的開(kāi)關(guān)管仍為全電壓應(yīng)力，只有六個(gè)連接到電容中點(diǎn)的開(kāi)關(guān)的電壓應(yīng)力能被減半。因此T型三電平能去掉鉗位二極管的損耗，與中點(diǎn)連接的開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)和導(dǎo)通損耗均有優(yōu)勢(shì)，理論上應(yīng)該比二極管鉗位的三電平效率高一點(diǎn)，這里有一個(gè)富士電機(jī)提供的損耗對(duì)比表格，可見(jiàn)圖二所示：

(圖二 富士電機(jī)提供的各種拓?fù)鋼p耗對(duì)比)

2.基本的功率流向：可見(jiàn)圖三，先以一個(gè)單相的T型三電平來(lái)分析其功率流向。PWM控制是讓Q1/Q3互補(bǔ)，Q4/Q2互補(bǔ)。通過(guò)控制開(kāi)關(guān)的時(shí)序，可以再開(kāi)關(guān)上輸出P/O/N的三個(gè)狀態(tài)。

(圖三 單相T型三電平)

狀態(tài)：

Sa1Sa2Sa3Sa4OutputONOFFOFFONPOFFOFFONONOOFFONONOFFN

(表一 開(kāi)關(guān)狀態(tài))

根據(jù)負(fù)載電流的流通路徑，T型三電平逆變器可以分為六種工作狀態(tài)。首先，定義負(fù)載電流的正方向?yàn)橛?A 點(diǎn)流出橋臂，則六種負(fù)載電流 ILa的流通方式如下圖四所示。

（圖四 6種開(kāi)關(guān)狀態(tài)）

3.PWM調(diào)制：使用三電平載波同向疊層調(diào)制PWM，可見(jiàn)圖五所示。調(diào)制波正周期與正載波比較，負(fù)周期與負(fù)向載波比較，得出兩組PWM波。其中正向PWM用來(lái)控制Q1互補(bǔ)產(chǎn)生Q3，同理負(fù)向PWM用來(lái)控制Q4和Q2，同樣是互補(bǔ)產(chǎn)生PWM。

(圖5 雙載波同享疊層)

PWM實(shí)現(xiàn)，可見(jiàn)圖六：

(圖6 雙載波同享疊層PWM輸出)

然后根據(jù)時(shí)序和邏輯分別根據(jù)上面輸出的PWM信號(hào)轉(zhuǎn)為T(mén)型三電平的4個(gè)開(kāi)關(guān)的調(diào)制信號(hào)。其中Q1/Q3互補(bǔ)，Q4/Q2互補(bǔ)，PWM邏輯可見(jiàn)下圖七所示。下圖中的ABC是由閉環(huán)控制部分的輸出三相ABC正弦調(diào)制波。

(圖七  T型三電平雙載波調(diào)制的實(shí)現(xiàn)原理)

12路PWM和載波放在一起可以更容易的分析時(shí)序，可見(jiàn)圖8所示：

(圖8 T型三電平雙載波調(diào)制的PWM輸出)

4.閉環(huán)控制：使用dq和前饋解耦控制方法，依據(jù)鎖相環(huán)提供的角度，控制輸入電流Iq=0即可實(shí)現(xiàn)PFC整流器的功能，可見(jiàn)：

(圖9 電壓電流雙閉環(huán))

5.電容電壓均壓控制：根據(jù)前不久在Vienna整流器P2里面提到了使用小矢量來(lái)調(diào)制T0和2*(1-k)*T0的時(shí)間來(lái)對(duì)電容電容進(jìn)行平衡，可見(jiàn)可見(jiàn)：《基于dq雙閉環(huán)控制的三相三電平Vienna整流器 Part2》。

流入中點(diǎn)電流：

所以我直接把這套控制方法直接應(yīng)用到了T型三電平上，發(fā)現(xiàn)依然可用，而且平衡的效果也不錯(cuò)，下圖是實(shí)現(xiàn)原理：

通過(guò)對(duì)調(diào)制波注入不同幅度的共模量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)小矢量作用時(shí)間進(jìn)行調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)電容電壓均壓的目的。

電容電壓均壓效果，穩(wěn)態(tài)：

不平衡負(fù)載測(cè)試：分別依次改變高低端電容上并聯(lián)的負(fù)載電阻，負(fù)載功率從100% > 50%變化。通過(guò)測(cè)試來(lái)看，即使高低端負(fù)載不平衡時(shí)，依然能很快均壓。

6.模型原理圖：

運(yùn)行：

動(dòng)態(tài)測(cè)試:

小結(jié)：一步一步的建立了T型三電平的仿真模型，了解了基本的控制方法，有了新的理解后我會(huì)繼續(xù)更新這方面的內(nèi)容，感謝觀看。

必須要說(shuō)的是本人能力有限，如果上文中有錯(cuò)誤的地方還請(qǐng)多多包涵，希望能把錯(cuò)誤之處告訴我，共同進(jìn)步，謝謝。

參考文檔：

1. 《20 千瓦 T 型三電平光伏并網(wǎng)逆變器的研究》 徐紀(jì)太 2016年