三电平光伏并网逆变器共模电压

SVPWM 抑制策略研究

关键字：三电平逆变器

 二极管中点箝位式 共模电压 SVPWM 

    1 引言
    目前, 多电平变流器以其突出的优点在高压大功率变流器中得到了日益广泛的应用 ,它不
仅能减少输出波形的谐波，也易于进行模块化设计

[1, 2]。二极管中点箝位式(NPC)三电平拓

扑结构即是高压大功率变频器的主流拓扑结构之一

[3] 。然而在三电平变流器的应用中, 也出

现了一些问题，特别是共模电压问题。目前，变频器共模电压的抑制方法主要有两种：一是
外加无源滤波器等，或有源滤波器

[4-6]，这类方法会导致体积和成本显著增加，且不易应

用于高压大容量场合；二是通过控制策略从源头减小共模电压，文献

[7]、[8]提出一种

SPWM 消除共模电压的调制方法。该方式是通过异相调制来消除开关共模电压 ,但是存在直
流电压利用率低、线性调制区过小的问题。
    针对 SPWM 调制的电压利用率低、不利于运用于各种调制比工况下的缺点，本文从三电
平逆变器共模电压形成机理出发，提出了一种基于优化电压空间矢量

(SVPWM)方法, 可有

效抑制三电平逆变器输出共模电压。并通过

Matlab/Simulink 软件对该方法进行了仿真验证, 

结果表明效果良好。
    2 光伏三电平逆变器及其共模电压
    本文研究的三电平光伏逆变器系统如图 1 所示。其输入为光伏阵列的直流电压，逆变器主
拓扑为

NPC 三电平结构。设直流母线电压的幅值为 Vdc,用开关状态字

“1”,“0”和“-1”分别表

示逆变器每相输出为

+Vdc/2、0 和-Vdc/2 的三种状态,则三相三电平逆变器总共有 27 种不同

的开关状态。根据幅值和相位可以画出三电平逆变器的电压空间矢量图，具体如图

2 所示。 

    对于三电平逆变器而言, 必须保证输出电压的基波分量幅值与输出频率成一定的正比关系
变化

, 其共模电压的计算与它们的触发方式有关。设 Ua、Ub、Uc 分别为逆变器的三相相电压。

根据三相三线制的对称性原理

, 推得三相输出电压波形的共模电压为：

（

1）

    因而，对应三相三电平每一种开关序列的共模电压大小如表 1 所示。
    表 1 输出控制字与共模电压的关系
 三电平逆变器开关状态
A111
B110,101,011
C1-11,11-1,-111,001,010,100
D000,10-1,1-10,01-1,0-11,-110,-1010
E-11-1,-1-11,1-1-1,0-10,00-1,-100
F0-1-1,-10-1,-1-10
G-1-1-1

    通常的空间矢量调制策略都会使用图 2 中所记载的 19 种有效矢量，以达到直流母线电压
利用率高，输出谐波小。但是会带来较大的输出共模电压，最高

VCM 幅值会达到了 Vdc/3。