郑州轻工业大学研究生，郑州轻工业大学研究生院
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T型三电平逆变器相比于二极管箝位式三电平逆变器少6个快恢复二极管，具有器件少，导通损耗小和功率损耗均匀等优点，是中高电压等级和高功率逆变器领域的理想电力电子变换器。 郑州轻工业大学电气信息工程学院的申永鹏、王帅兵、梁伟华、王延峰与长沙理工大学电气与信息工程学院的刘东奇在2022年第20期《电工技术学报》上撰文，通过在不同区域对不满足最小采样时间要求的可观测电压矢量进行补偿，同时利用合成零矢量原理对补偿矢量进行抵消以满足伏秒平衡原理，提出了T型三电平逆变器中点电流单传感器采样合成脉冲宽度调制相电流重构策略，实现了基于中点电流采样的T型三电平逆变器相电流重构。 研究人员首先分析了T型三电平中点电流采样原理以及中点电流不可观测区的存在机理；然后设计了合成脉冲宽度调制发波方法以及重构策略；最后，通过实验验证了所提方法的电流重构误差和相电流THD。
T型三电平逆变器广泛应用于新能源电能变换、电机驱动等领域。相电流是实现闭环控制和监测负载状态的重要参数。目前，通常在负载侧安装2个或3个电流传感器进行相电流的测量。
然而，多个电流传感器既增加了系统成本，同时多传感器间参数不一致性还会影响控制系统性能。通过对逆变器特定位置瞬时电流的分时刻采集，并将其映射至不同的相电流，单电流传感器相电流重构技术可实现相电流单传感器采集，在降低系统成本的同时，消除了多传感器不一致性的影响。
目前，关于单传感器相电流重构技术的研究主要聚焦于三相两电平逆变器。三电平逆变器共有24个非零矢量，其中包含12个小矢量、6个中矢量和6个大矢量，并且不可观测区分布于六个子区域内。目前，关于三电平逆变器的单传感器相电流重构的研究较少。
研究人员首先分析了T型三电平逆变器的拓扑结构、中点电流采样的原理及电流不可观测区在空间矢量图中的分布，分别如图1（a）和图1（b）所示。
图1 T型三电平逆变器的拓扑结构及电流不可观测区在空间矢量图中的分布
然后，通过在不同区域对不满足最小采样时间要求的可观测电压矢量进行补偿，同时利用合成零矢量原理对补偿矢量进行抵消以满足伏秒平衡原理，消除了电流不可观测区的影响，重点分析了不同不可观测区内的合成脉冲宽度调制原理。其中，A2-A4区域内的合成脉冲宽度调制原理如图2所示。
图2 A2-A4区域内的合成脉冲宽度调制原理
研究人员搭建了基于TMS320F28335型DSP控制器的T型三电平逆变器合成脉冲宽度调制相电流重构实验平台，如图3所示。并在频率突增、电流突变等工况下验证了所提方法电流重构效果，分别如图4、图5所示。
图3 实验平台
图4 频率突增时重构电流与实测电流
图5 电流突变时重构电流与实测电流
基于实验结果，研究人员得出如下结论。
1) 合成脉冲宽度调制策略未增加额外的开关次数，在一个周期内保持PWM波的对称性，可达到与传统SVPWM同等效果的动静态特性。判断参考电压矢量是否落入电流不可观测区增加了算法处理时间，限制了高开关频率及复杂波形控制算法的应用。如何进一步提高判断速度，是下一步工作的方向；
2) 消除不可观测区后，提高了电流重构精度，最大重构误差小于2.5%；
3) 由于采用了合成空间矢量原理，输出相电流THD由3.00%提高到3.21%。
研究团队介绍
研究人员隶属于郑州轻工业大学电气工程学科。该学科是河南省第八、第九批重点学科，是“电气装备智能制造”河南省特色骨干学科群骨干学科，是河南省博士学位授权重点立项学科点。
该工作发表论文的通讯作者为郑州轻工业大学申永鹏副教授、硕士生导师，河南省电工技术学会理事，河南省青年骨干教师，河南省电力科学青年人才，机器人视觉感知与控制技术国家工程研究中心副研究员。目前担任电气工程学科负责人、河南省智能微电网国际联合实验室办公室主任。主持国家自然科学基金项目2项，参与国家863计划项目等国家级项目5项，获河南省科技进步二等奖2项、教育部科技进步二等奖1项、中国发明协会发明创业奖2项。第一/通信作者发表学术论文40余篇，授权发明专利20余件。研究方向为电力电子与电力传动、电动汽车储能与驱动控制。
本文编自2022年第20期《电工技术学报》，论文标题为“T型三电平逆变器合成脉冲宽度调制相电流重构策略”。本课题得到国家自然科学基金项目、河南省科技攻关项目、河南省青年骨干教师培养计划项目和河南省高校科技创新团队支持计划项目的支持。
引用本文
申永鹏, 王帅兵, 梁伟华, 刘东奇, 王延峰. T型三电平逆变器合成脉冲宽度调制相电流重构策略[J]. 电工技术学报, 2022, 37(20): 5302-5312. Shen Yongpeng, Wang Shuaibing, Liang Weihua, Liu Dongqi, Wang Yanfeng. T-Type Three-Level Inverter Composite Pulse Width Modulation Phase Current Reconstruction Strategy. Transactions of China Electrotechnical Society, 2022, 37(20): 5302-5312.
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