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三电平中点电位的主动平衡优化拓扑与均压控制策略

蔡亮 张春燕

蔡亮, 张春燕. 三电平中点电位的主动平衡优化拓扑与均压控制策略[J]. 上海工程技术大学学报, 2025, 39(1): 28-36. doi: 10.12299/jsues.24-0034
引用本文: 蔡亮, 张春燕. 三电平中点电位的主动平衡优化拓扑与均压控制策略[J]. 上海工程技术大学学报, 2025, 39(1): 28-36. doi: 10.12299/jsues.24-0034
CAI Liang, ZHANG Chunyan. Active balancing optimized topology and voltage balancing control strategy for three-level inverters with mid-point potential[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2025, 39(1): 28-36. doi: 10.12299/jsues.24-0034
Citation: CAI Liang, ZHANG Chunyan. Active balancing optimized topology and voltage balancing control strategy for three-level inverters with mid-point potential[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2025, 39(1): 28-36. doi: 10.12299/jsues.24-0034

三电平中点电位的主动平衡优化拓扑与均压控制策略

doi: 10.12299/jsues.24-0034
详细信息
    作者简介:

    蔡亮:蔡 亮(1999 − ),男,硕士生,研究方向为光伏发电。E-mail:2623218851@qq.com

    通讯作者:

    张春燕(1980 − ),女,副教授,博士,研究方向为光伏发电、电力系统自动控制研究。E-mail:cyzhang@sues.edu.cn

  • 中图分类号: TM641

Active balancing optimized topology and voltage balancing control strategy for three-level inverters with mid-point potential

  • 摘要: 针对T型三电平逆变器中点电位不平衡问题,研究了传统T型中点钳位型(NPC)三电平逆变器中点电位不平衡的形成原理。为解决直流侧电压变化导致的中点电位不平衡问题,提出一种主动平衡中点电位的改进拓扑和模糊PI控制策略。利用Matlab/Simulink建立改进拓扑的T型三电平逆变器的仿真模型,开展不同控制策略的仿真分析,并搭建相应的并网试验平台验证方案的合理性。仿真和试验结果表明,改进拓扑下模糊PI控制能有效抑制中点电压波动,兼具动态响应快、响应精度高等优点,可提高逆变器系统的抗扰性和稳定性。
  • 图  1  T型NPC三电平逆变器拓扑结构

    Figure  1.  T-type NPC three-level inverter structure

    图  2  T型三电平逆变器改进拓扑结构

    Figure  2.  Optimized topology structure of T-type three-level inverter

    图  3  均衡电路互补的两种工作状态

    Figure  3.  Two operating states of balancing circuit complementary

    图  4  均衡电路双闭环控制结构框图

    Figure  4.  Double closed loop control structure block diagram of balancing circuit

    图  5  模糊控制原理图

    Figure  5.  Fuzzy control schematic diagram

    图  6  T型三电平逆变器仿真系统模型

    Figure  6.  T-type three - level inverter simulation system model

    图  7  电压电流双环的模糊控制系统模型

    Figure  7.  Fuzzy control system model of voltage and current double loop

    图  8  隶属度关系及论域

    Figure  8.  Membership degree relationship and discourse domain

    图  9  电容电压对比图

    Figure  9.  Capacitor voltage comparison diagram

    图  10  电容电压扰动60 V时的动态响应

    Figure  10.  Dynamic response when capacitance voltage is disturbed at 60 V

    图  11  试验平台图

    Figure  11.  Experimental platform

    图  12  逆变电流波形

    Figure  12.  Inverter current waveform

    图  13  逆变电流零点细节

    Figure  13.  Inverting current zero details

    表  1  模糊规则表

    Table  1.   Fuzzy rule

    系数
    变化量
    e ec
    NB NS Z PS PB
    $ \Delta {K_{\mathrm{p}}} $ NB PB PB PS PS Z
    NS PB PS PS Z Z
    Z PS Z Z Z NS
    PS Z Z NS NS NB
    PB Z NS NS NB NB
    $ \Delta {K_{\mathrm{i}}} $ NB NB NB NS NS Z
    NS NB NS NS Z Z
    Z NS Z Z Z PS
    PS Z Z PS PS PB
    PB Z PS PS PB PB
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    表  2  仿真电路参数

    Table  2.   Simulation circuit parameters

    参数名称 参数值
    直流侧电压 U/V 1500
    直流侧母线电容 C1C2/μF 450
    电感 L/mH 1
    直流侧负载电阻 R 0.1
    上下母线电容带电初始值/V 100
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  • 收稿日期:  2023-11-30
  • 刊出日期:  2025-05-19

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