三相四桥臂逆变器的控制策略研究与实现

1. 概述

在城市轨道交通高速发展的今天，地铁车载设备的轻量化、节能是重要经济指标。作为地铁车辆的唯一供电设备——辅助逆变器，它的轻量化则是不可忽视的关键因素。三相四桥臂逆变器去掉了传统三相三桥臂逆变器中动辄数百千克的变压器，使逆变器的重量大幅减少。针对三相四桥臂逆变器的主流方法有电压电流双闭环控制、重复控制等策略，采用对称分量法提取回路的正序、负序、零序分量并分别控制，发波方式主要以3D-SVPWM 为主。

本文以三相四桥臂逆变器为研究对象，采用对称分量法对回路的电压、电流方程进行正序分量、负序分量、零序分量提取，以电压外环、电流内环的双 PI 环控制分别对其进行控制，并以前馈解耦的方法对正对正序、负序分量的耦合项进行了解耦，通过 MATLAB 仿真及实验测试，验证了该方法的可行性。

5 仿真与实验

5.1 仿真分析

为了验证三相四桥臂电压电流双闭环控制策略的有效性，在MATLAB/Simulink 中搭建文中所述控制方法的三相四桥臂逆变器仿真模型。输入电源 V_dc 为直流电压660V，直流支撑电容 C_f 为 7.8mF，滤波电感 L_a=L_b=L_c=L_n 为 0.25mH ，三相滤波电容 C_a=C_b=C_c 为 800uF，三相负载 Z_a 、 Z_b 、 Z_c 为阻感性负载，功率为 120kVA，功率因数为 0.85，IGBT 的开关频率 4050Hz 。图3a 为负载上的输出电压与输出电流波形，图 3b 为负载上的输出电压的谐波分析图，谐波为 0.95% ，远小于 3% 的控制目标。

5.2 实验测试

按照上述仿真模型搭建实验平台。图 4a 为负载上的输出电压与输出电流波形，由于负载为阻感负载，电压与电流存在一定的相位差，电压与电流的波形平滑，正弦度高。图 4b 为负载上的输出电压的谐波分析图，谐波为 1.24% ，远小于 3% 的控制目标。

6 结论

本文给出了三相四桥臂主回路正序、负序、零序分量的提取方法，采用了正序、负序、零序分量分别控制的策略，设计了电压外环、电流内环的双 PI 环的控制方法，并用前馈解耦的方法对正对正序、负序分量的耦合项进行了解耦。通过 MATLAB 仿真及实验测试，该控制策略可以实现四个桥臂的控制，并且输出电压谐波占有率小于控制目标，可以满足工程应用。

参考文献

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作者简介：杨伟（1983—），男，汉族，陕西汉中，西安中车永电捷通电气有限公司高级工程师，研究方向为电力电子与电气传动