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基于矢量合成原理的三相电流型SVPWM整流器多电平技术基于矢量合成原理的三相电流型SVPWM（空间矢量脉宽调制）整流器多电平技术，是一种应用于高性能电力电子变换系统中的先进控制策略。该技术通过合理合成电压矢量，实现对多电平整流器输出电流的高精度控制，具有高效率、低谐波、动态响应快等优点，广泛应用于新能源发电、储能系统及电动汽车等领域。
在三相电流型多电平整流器中，传统的SPWM控制难以充分发挥多电平结构的优势，而SVPWM技术则能够更有效地利用直流侧电压，提高电压利用率并降低输出电流的总谐波畸变率（THD）。该技术通过在复平面上对电压矢量进行划分，选择合适的开关矢量组合，合成所需的参考电压矢量，从而实现对交流侧电流的精确控制。
矢量合成原理是SVPWM的核心思想。在多电平结构中，电压矢量数量显著增加，使得矢量分布更加密集，合成精度更高。通过合理选择矢量作用时间与顺序db37／t 3921-2020 输水渠道预制衬砌板施工规程，不仅可优化开关损耗，还可有效抑制中点电位波动，提升系统稳定性。
综上所述，基于矢量合成原理的三相电流型SVPWM多电平整流技术，结合了多电平拓扑结构与先进调制策略的优势，为实现高效、低谐波、高稳定性的电力变换系统提供了有力支持，是当前电力电子领域的重要发展方向之一。
所以本文以电流型PWM整流器（CSR)为研究目标， 提出了一种基于矢量合成技术的多电平SVPWM调 制方法，并利用FPGA作为控制器完成的3单元7 电平样机对所提方法进行了试验验证。仿真和试验 都表明该方法不仅保持了传统SVPWM的一系列优 点，且实现简单。由于电流型变流器和电压型变流 器的对偶性，该实现原理对于其他电压型变流器拓 扑结构也同样有效。
三相CSR的SVPWM多电平矢量合
三相多电平CSR的电路拓扑结构如图1所示。 由于三相CSR的交流侧相当于受控电流源"，因此 在多电平整流器系统中，多个电流型整流器单元的 交流侧可以直接并联，其直流则通过均流电感相并 联。在该电路结构中，各整流器单元结构是完全相 同的，这种模块化设计非常适合电路的功率扩展和 故障维护。对于更大容量的中、高压应用领域，还 可以在交流侧利用移相变压器来构成整流器模块方 阵以拓展其功率范围和实现更高的性能。
当采用SVPWM调制时，由于三相电流型整流 器采用的是3值开关逻辑，所以6个功率开关(S~S6) 的开关组合共可以合成9个有效空间电流矢量，其 6个有效天量(L~16)和3个零矢量（I~19)分别为
2 1= √3 Ide' i=1~ 6 I =0 i=7,8,9
假定空间电流矢量【处于第2扇区（如图2所 示)，则根据矢量合成原理有下式成立：
a Id [] T： T sina=mT, sina
中：772分别为对应矢量的作用时间；T为 开关周期；m=/Ia定义为调制比。 1名 各种不同的SVPWM调制方法414的区别主要 1失量分割方法的不同。对于大功率应用领 域，为了降低器件开关频率，通常采用单三角模式 （如图2所示）。
电平SVPWM的矢量分
对于整个多电平整流系统，当采样频率f一定 时，如果以电源电压矢量定向，则在空间以电源角 频率2nf旋转的给定电流矢量r可被离散化为
I*（k)=|1*e2xkf.=m1e
式中：0≤k≤f/f为采样点数；△9=2πf/f为相 邻采样点之间对应的电角度：m为整个整流系统的 调制比：I为直流侧总电流。 对于N单元并联的2N+1电平变流器，可以将 每扇区的参考电流天量分为连续的N组，则每扇区 可分为f/(6fN)组，每组有N个电流矢量和相应整流 单元对应。这样，扇区里的每一个电流天量可表示 为I，下标i代表分组号，j代表该矢量对应的整 理单元号。在每一个采样点时刻，将1分配到第 个整流单元来生成。为简单明了，图3以3单元并
式中：Ia为整流器直流侧电流：I、Ig.Ig分别对应三 相桥臂上、下开关管全通。 9个空间电流矢量在6个扇区的分布如图2所 示。任意给定的空间电流矢量【都可以利用其所在 扇区的2个空间电流矢量1和11来矢量合成。
联的7电平变流器为例分析了矢量分组和分解的过 程(采样频率为2700Hz，每扇区总天量数为9)。 则 对于任一整流单元，其对应矢量的作用时间都可统 一表述为
将式(7)带入式(8)，得第k个采样时刻对应的 合成矢量作用时间T(k)、T(k)、T(k)分别为 T(k)=
式中：上标j为对应整流单元号；m为整流单元的 调制比；k为采样点。 这样，任一采样点所对应整流单元的矢量作用 时间都具有相同的计算公式。当作用时间计算完毕 后，只需根据本采样点时矢量的分组值和所在扇区 信息来决定分配给哪个整流单元即可，这种方法对 于数字化实现非常简单
图3电流矢量的分组与分解 Fig. 3Grouping and disassembly of current vectors
对于各个整流单元，其矢量作用时间都通过 式(7)得到，其对应的采样频率和器件开关频率都变 为f/N（单三角4段法合成模式）。 对于整个N单元并联的多电平变流系统来说， 在每个采样点时刻变流器总的电流矢量是由N个整 流单元在此时刻的电流矢量通过天量合成而来的， 其总矢量作用时间为
总电流矢量在复平面上的表达式为
m N为奇数 N为偶数
对比式（6)和式(12)可见：当采用矢量分解与合 成方法时，N个采样频率和器件开关频率都为f/N 并联单元的合成矢量和采样频率、开关频率都为f 的单个整流器是等效的，只不过总调制比m变为
m'/N N为奇数 m m"1N N为偶数
1.4多电平SVPWM系统的均流
李亚斌等： 基于矢量合成原理的三相电流型SVPWM整流器多电平技术
对于本文提出的调制方法，可以采用不同扇区 的分组轮换策略来实现自动均流，具体如图4(以3 单元并联多电平为例）所示。
图4变流单元的分组轮换 Fig.4Grouping change of units
通过这种分组轮换，对于N单元并联的多电平 变流器，经过N/6个电源周期所有分组将轮换一遍 由于各个变流单元和电源电压的平均相位差相同， 所以其直流侧电流将自动均流。
2.1多电平SVPWM的仿真分析
由Matlab/Simulink构造了整流单元数N=3和 N=4的多电平SVPWM整流器模型，采样频率都为 f=3600Hz，矢量合成模式采用单三角的4段法，电 路结构如图1所示。图5是调制比为0.8时的仿真 波形，其中图5(a)、(b)为3单元时的绘入电流波形 和其频谱；图5(c)、(d)为4单元时药入电流波形 和其频谱。从仿真中可以看出，对于3单元，每个 整流单元的开关频率为f/N=1200Hz，整流器电流的 电平数为7；对于4单元变流器，每个整流单元 开关频率为f/N=900Hz，整流器电流的电平数为9， 而总的等效开关频率都为f=3600Hz。图6为3单元 7电平SVPWM整流系统的动态响应仿真波形，仿 真系统的参数如表1所示，其中系统电流给定在
图5多电平整流器电流波形与频谱 Fig.5Currentwaveforms and spectrum of multilevel rectifier
图6多电平整流系统的动态仿真 Fig.6Dynamicsimulations ofmultilevelrectifier system
0.082s时由25A阶跃到30A。图6(a)为直流总电流 和各单元的直流电流，由于采用了分组轮换的均流 措施，各个整流单元的电流分配均匀。不过由于整 流单元的开关频率很低且均流电感选取较小，各个 单元的直流输出电流波动较大，但直流总电流非常 平稳；图6(b)为电源相电压和整流器侧输入电流； 图6(c)为电源相电压和电源侧输入电流；图6(d)为 电源侧输入电流频谱。从动态仿真中看出，系统的 动态响应比较理想，电源电流的总谐波畸变仅为 8.27% H一 1
为了验证上面理论分析和仿真结果，制作了1 台3单元并联的7电平1kW整流器试验样机。由干 FPGA具有强大的逻辑处理能力和羊富的V口资 源，非常适合作为多电平系统，所以样机采用FPGA 作为控制器。电路结构及控制系统如图1所示，样 机参数如表1所示，整流器工作于单位功率因数。 图7为3个整流单元的输入电流波形和整流器 总的输入电流波形，很明显3个3电平的整流单元 电流通过矢量合成后，成为了7电平的合成电流； 图8和图9分别为电源电压、电源侧电流波形、整 流器侧总电流（调制比分别为0.6和0.8）试验波形； 图10为电源侧输入电流和整流器侧总电流经
贵州某200kva变电所施工方案图7整流单元电流和整流器总电流 Fig.7Current of different unit andrectifier
图8整流器侧电流和电源侧电流（调制比=0.6） Fig.8Current of rectifier and power source (modulation index=0.6)
图9整流器侧电流和电源侧电流（调制比=0.8） Fig. 9Current of rectifier and power source (modulation index=0.8)
图10电流频谱分析 Fig.10
MATLAB分析后的频谱图，频谱分析表明总谐波畸 变率为8.6%，整流器侧的7电平电流主谐波分布在 72次左右。试验结果和理论分析及仿真分析非常吻 合，表明本文的多电平控制策略是正确有效的。
所提基于矢量合成原理的三相电流型SVPWM 整流器多电平技术是对SVPWM技术的有效拓展， 它保持了SVPWM技术概念清晰、实现简单、直流 电流利用率高等优点桥头搭板施工技术交底，且与其他多电平调制方法相 比，实现各整流单元的均流相对容易。 该技术对于有效降低电力电子器件的开关频 率、减小变流器谐波畸变效果显著，是变流器大功 率化的一种理想选择，且该调制方法对其他拓扑结 构的变流器也同样适用，具有很好的应用前景，
李亚斌等： 基于矢量合成原理的三相电流型SVPWM整流器多电平技术