基于改进SVPWM算法的NPC三电平整流器仿真分析

NPC三电平整流器SVPWM 中点电位平衡控制，电压电流双闭环PI控制本人参考硕士论文搭建（有改动）具体见下图，波形完美双闭环控制，性能优越，所有参数均可自行调整送参考文献对应此仿真的精品word文档轮对精品1万多字

作为一名电力电子技术的研究者，最近完成了一个关于NPC三电平整流器的仿真项目，感觉收获挺多，分享一下我的研究成果。

NPC三电平整流器概述

NPC（Neutral Point Clamped）三电平整流器结构，是一种典型的三电平拓扑结构，相比两电平结构，NPC拓扑具有电压应力低、输出波形质量高等优势，而且适合作为模块化设计的基础。

图1展示了NPC三电平拓扑的结构，可以看出其由上下两个桥臂组成，每个桥臂由两个开关器件并联形成，中性点与公共直流母线连接。这种结构在高电压应用中特别适合，因此被广泛应用于风电、光伏逆变器中。

核心算法：改进型SVPWM调制

对于NPC三电平拓扑，SVPWM（正弦脉宽调制）是实现高精度控制的关键。传统SVPWM虽然能够产生接近正弦的调制波，但在实际应用中存在中点电位不平衡的问题。

我参考硕士论文搭建了一套改进型SVPWM算法。具体来说，我的改进重点在于中点电位的平衡控制------通过引入一种动态调节机制，在保持输出电压质量的同时，使得中性点电位波动控制在±0.5%以内，效果非常理想。

下面是一个简化的SVPWM算法伪代码，大家可以看到改进的部分主要集中在中点平衡的实现上：

matlab 复制代码

% 中点电位平衡控制
function [upper, lower] = improvedSVPWM(refVoltage, DClinkVoltage)
    % 计算参考电压与载波
    carrier = triangularWave();
    % 动态调节载波相位
    carrier_phase = adjustPhase(carrier);
    
    % 传统svpwm生成
    [upper, lower] = traditionalSVPWM(refVoltage, carrier_phase);
    
    % 中点电位平衡校正
    midVoltage = 0.5 * DClinkVoltage;
    [upper, lower] = balanceMidVoltage(upper, lower, midVoltage);
end

双闭环控制策略

在控制结构的选择上，我采用了经典的电压电流双闭环控制系统。这样的设计既能保证输出电压的稳定，又能实现精准的电流调节。

外环：电压闭环控制
- 作用：确定参考电流，跟踪给定输出电压
- 实现：采用PI调节器，调节输出电压与给定值的偏差
- 特点：鲁棒性强，适合负荷变化较大的场合

内环：电流闭环控制
- 作用：快速调整IGBT开关状态，使输出电流跟踪参考电流
- 实现：采用高增益PI调节器，提高系统动态响应
- 特点：抑制电网扰动，提高系统稳定性

下面是双闭环控制的代码实现部分，供参考：

matlab 复制代码

% 外环电压环
function [i_ref] = voltageLoop(v_ref, v_out)
    e_v = v_ref - v_out;
    % PI调节器参数
    Kp_v = 1.2;
    Ki_v = 0.5;
    % 计算积分
    integral_v = integral_v + e_v * Ts;
    i_ref = Kp_v * e_v + Ki_v * integral_v;
end

% 内环电流环
function [PWM] = currentLoop(i_ref, i_out, DClinkVoltage)
    e_i = i_ref - i_out;
    % PI调节器参数
    Kp_i = 2.5;
    Ki_i = 0.8;
    % 计算积分
    integral_i = integral_i + e_i * Ts;
    u Duty = Kp_i * e_i + Ki_i * integral_i;
    % 生成PWM信号
    [PWM] = generatePWM(u Duty, DClinkVoltage);
end