CN104038091A - 基于svpwm的三电平变流器直流侧中点电压平衡控制方法 - Google Patents

基于svpwm的三电平变流器直流侧中点电压平衡控制方法 Download PDF

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Abstract

一种基于SVPWM的三电平变流器直流侧中点电压平衡控制方法，属于电力系统电力电子技术领域。本发明的目的在于提供一种采用取消中矢量，利用小矢量和大矢量合成参考电压矢量的基于SVPWM的三电平变流器直流侧中点电压平衡控制方法。本发明步骤：分析SVPWM控制机理及开关状态对中点电位影响；空间电压矢量分区判断；确定各空间矢量作用时间；确定矢量发送顺序。本发明提出的方法，减少了功率器件开关状态变化，减少变流器损耗，且无需均压电路，提高了三电平变流器直流侧电压平衡的动态性能，不需要增加硬件电路，控制方法简单，为工程应用提供了极好的参考价值。

Description

基于SVPWM的三电平变流器直流侧中点电压平衡控制方法
技术领域
本发明属于电力系统电力电子技术领域。
背景技术
随着电力电子技术的不断发展，大容量、高效率、高性能成为发展主流。传统的二电平变流器在高压大容量应用中，需要经过中间变压器进行升压或降压，这样不仅增加了设备投资，而且引起系统效率下降。为克服这些缺点，要求变流器开关器件具备更高的电压应力，但这种方法存在静态和动态均压问题，由此多电平变流器应用而生。
多电平变流器由于增加了输出电压电平数，因此变换器输出波形更接近于正弦波，且降低了器件所承受开关应力，无需动态均压电路，避免了开关过程中大的dv/dt所导致的各种问题，在高电压、大功率电力电子装置中得到广泛应用，其中二极管箝位三电平变流器由于控制结构简单、容易实现，已经成为多电平变流器的主要拓扑结构。
目前，针对二极管箝位型三电平变流器研究中电压SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation空间矢量脉宽调制）方式因直流侧电压利用率高、易于实现数字控制等优点而被广泛采用。但中点电压偏移是中点箝位型三电平变流器的主要缺点，由当前的研究可知空间矢量中小矢量和中矢量对中点电位有影响，但目前研究并没有完全解决整个空间矢量中点电位平衡以及小矢量对中点电位的影响。因此，中点电位平衡问题一直是研究的重点。寻求一种既能够解决中矢量和小矢量对中点电位的影响，又能保证变流器直流侧中点电压平衡技术方案，具有实际应用的价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用取消中矢量，利用小矢量和大矢量合成参考电压矢量的基于SVPWM的三电平变流器直流侧中点电压平衡控制方法。
本发明包括如下步骤：
1）、分析SVPWM控制机理及开关状态对中点电位影响：通过对三电平变流器各种开关状态进行分析可知，中矢量和小矢量对中点电流有影响，零矢量和大矢量对中点电流无影响；
2）、空间电压矢量分区判断：针对每一个小矢量对应两种开关状体下负载电流对中性点电流的作用正好相反的问题，提出了一种取消中矢量，利用小矢量和大矢量合成参加矢量以及扇区划分方法；
3）、确定各空间矢量作用时间：当参考矢量位于小矢量和大矢量组成的某一个区域时，采取小矢量作用产生的合成矢量与大矢量作用合成的矢量相位一致的原则进行矢量作用时间分配；
4）、确定矢量发送顺序：采取小矢量对应的两种开关状态作用相同时间的方法，进行脉宽调制，保证矢量发送顺序尽量减少功率器件的状态变化，进而保证直流侧中点电压平衡。
本发明步骤1）中的三电平变流器为二极管箝位型三电平变流器，其控制方法为：设桥臂为A相，当开关功率器件Sa1、Sa2导通，Sa3、Sa4截止时，A点电压为U dc/2；当开关功率器件Sa1、Sa2截止，Sa3、Sa4导通时，A点电压为-U dc/2；当开关功率器件Sa2、Sa3导通，Sa1、Sa4截止时，经箝位二极管VD1、VD2作用，A点电压与中点电压同为0；因此二极管箝位型三电平变流器每相输出电平状态有-U dc/2、0和U dc/2三种状态，电压斜率变化dU/dt小，减小了线路谐波含量，同时每个开关所承受的电压应力小，提高了开关的器件的应用电压等级；二极管箝位型三电平变流器的三相输出共有27种开关状态，分别对应19个基本空间电压矢量，其中大矢量6个，中矢量6个，小矢量6个，每个小矢量对应2种开关状态，零矢量1个，对上述开关状态分析可知，零矢量和大矢量对中点电流无影响，小矢量和中矢量对中点电流有影响；三相电压经公式（1）Clark变换后得到的参考电压矢量如公式（2）所示：
（1）
（2）。
本发明步骤2）中空间电压矢量及分区判断方法是，首先将整个矢量空间以每60o为区间分为6个扇区，当参考矢量位于零矢量和小矢量组成的区域1-6时，用零矢量和小矢量合成参考矢量；当参考矢量位于小矢量和大矢量组成的区域7-12时，用小矢量和大矢量合成该参考矢量，同时保证每个载波周期内小矢量对中点电压作用相反的两种开关状态作用相同时间，以此抵消小矢量对中点电压的影响。
本发明步骤3）中的空间矢量作用时间计算方法如下：SVPWM控制方法中，根据电压矢量的不同，大矢量的幅值为2Udc/3、中矢量的幅值为2Udc/sqrt(3) 、小矢量的幅值为Udc/3，当参考矢量位于小矢量和大矢量组成的区域7-12时，为了保证各基本空间电压矢量作用时间的确定性，采用小矢量作用合成的矢量与大矢量作用合成的矢量相位一致的矢量作用时间分配方法进行；设区域为7，假定参考电压矢量由小矢量U01、U02与大矢量U1、U2分别作用时间T3、T2、T4、T1时间合成，则四个矢量作用时间须满足公式（3-4）要求，在一个载波周期内，小矢量U01、U02共同作用合成的矢量为Uref1，大矢量U1、U2共同作用合成的矢量为Uref2，公式（3）、（4）保证了各矢量作用效果与参考电压矢量作用效果相同，计算公式如个（5）所示；同时将公式（5）实部和虚部进行分解，联立公式（3）、（4）可得区域7各基本空间矢量的作用时间如公式（6）所示：
（3）
（4）
（5）
（6）。
本发明步骤3）中为得到基本空间矢量作用时间计算通用表达式，现假定以逆时针方向为正，在一个载波周期内相位滞后的小矢量作用时间为T1，相位超前的小矢量作用时间为T2，相位滞后的大矢量作用时间为T3，相位超前的大矢量作用时间为T4，将大、小矢量的长度带入公式（5）得到通用表达式如（7）所示，同理，将公式（3）、（4）、（7）联立，并定义如公式（8）的变量，可以求得区域8-12各基本空间矢量作用时间；当参考矢量位于小矢量和大矢量组成的区域1-6时，参考书矢量由小矢量和零矢量共同作用合成，在一个载波周期内相位超前的小矢量作用时间为t1，相位滞后的小矢量作用时间为t2，零矢量的作用时间为t3，利用公式（6）定义的变量，可计算得到不同区域各基本空间矢量的作用时间；
式中，n=7-12 （7）
（8）。
本发明步骤4）中的各空间矢量发送顺序是：确定了各区域的空间电压矢量作用时间之后，在开关频率确定的情况下，为了保证在一个载波周期内消除小矢量对中点电压影响，采取小矢量对应的两种开光状态作用相同时间的方法；同时，为了减少开关损耗，使矢量发送顺序尽量减少功率器件状态变化，要求三相桥臂从一个开关状态转变到另一个开关状态时， 只允许其中一相桥臂动作，因此采用七段式SVPWM矢量合成方法，在一个开关周期内，开关矢量的选择是对称的来确定矢量发送顺序。
本发明是在传统SVPWM三电平变流器直流侧中点电压平衡控制基础上，提出一种新的解决中点电位平衡的控制策略：采用取消中矢量，利用小矢量和大矢量合成参考电压矢量，利用小矢量对应的两种开关状态下中线电流方向相反的特性，在一个载波周期内使小矢量对应的两种开关状态作用时间相同，消除小矢量引起的中点电压不平衡；同时采用七段式矢量调制方法，简化了参考矢量对应的分区判断和各矢量作用时间计算，消除了小矢量引起的中点电压不平衡，提高了三电平变流器直流侧中点电压平衡的动态性能。本发明提出的取消中矢量，采用小矢量与大矢量合成参考电压矢量方法，利用小矢量对应的两种开关状态下中线电流方向相反的特性，在一个载波周期内使小矢量对应的两种开关状态作用相同时间，消除小矢量对中点电压平衡的影响，同时采用七段式矢量调制方法，给出了矢量作用时间及发送顺序，减少了功率器件开关状态变化，减少变流器损耗，且无需均压电路，提高了三电平变流器直流侧电压平衡的动态性能，不需要增加硬件电路，控制方法简单，为工程应用提供了极好的参考价值。
附图说明
图1为本发明的二极管箝位型三电平变流器电路图；
图2为本发明的三电平电压空间矢量图；
图3为本发明的参考电压矢量分区图；
图4为本发明的空间矢量作用时间分配图；
图5为本发明的参考矢量位于区域7时矢量发送顺序及作用时间图；
图6为本发明的参考矢量位于区域1时矢量发送顺序及作用时间图；
图7为本发明的二极管箝位型三电平变流器直流母线电容电压波形图；
图8为本发明的二极管箝位型三电平变流器中线电流波形图；
图9为本发明的二极管箝位型三电平变流器交流侧输出线电压波形图；
图10为本发明的二极管箝位型三电平变流器交流侧输出相电压波形图。
具体实施方式
本发明的基于SVPWM的三电平变流器直流侧中点电压平衡控制方法，包括如下步骤：
1）、分析SVPWM控制机理及开关状态对中点电位影响：通过对三电平变流器各种开关状态进行分析可知，中矢量和小矢量对中点电流有影响，零矢量和大矢量对中点电流无影响；
2）、空间电压矢量分区判断：针对每一个小矢量对应两种开关状体下负载电流对中性点电流的作用正好相反的问题，提出了一种取消中矢量，利用小矢量和大矢量合成参加矢量以及扇区划分方法；
3）、确定各空间矢量作用时间：当参考矢量位于小矢量和大矢量组成的某一个区域时，采取小矢量作用产生的合成矢量与大矢量作用合成的矢量相位一致的原则进行矢量作用时间分配；
4）、确定矢量发送顺序：采取小矢量对应的两种开关状态作用相同时间的方法，进行脉宽调制，保证矢量发送顺序尽量减少功率器件的状态变化，进而保证直流侧中点电压平衡。
所述步骤1）中的三电平变流器为二极管箝位型三电平变流器，其控制方法为：设桥臂为A相，当开关功率器件Sa1、Sa2导通，Sa3、Sa4截止时，A点电压为U dc/2；当开关功率器件Sa1、Sa2截止，Sa3、Sa4导通时，A点电压为-U dc/2；当开关功率器件Sa2、Sa3导通，Sa1、Sa4截止时，经箝位二极管VD1、VD2作用，A点电压与中点电压同为0；因此二极管箝位型三电平变流器每相输出电平状态有-U dc/2、0和U dc/2三种状态，电压斜率变化dU/dt小，减小了线路谐波含量，同时每个开关所承受的电压应力小，提高了开关的器件的应用电压等级；二极管箝位型三电平变流器的三相输出共有27种开关状态，分别对应19个基本空间电压矢量，其中大矢量6个，中矢量6个，小矢量6个，每个小矢量对应2种开关状态，零矢量1个，对上述开关状态分析可知，零矢量和大矢量对中点电流无影响，小矢量和中矢量对中点电流有影响；三相电压经公式（1）Clark变换后得到的参考电压矢量如公式（2）所示：
（1）
（2）。
所述步骤2）中空间电压矢量及分区判断方法是，传统的SVPWM控制方法将矢量图分成6个扇区，24个小三角区域，首先确定参考电压矢量位于矢量空间的某个区域，然后利用距参考电压最近的三哥基本空间矢量来合成参考电压矢量，此方法中由于中矢量和小矢量对中点电压的影响，导致中点电压不平衡。针对以上不足，本位提出了一种取消中矢量，只利用小矢量和大矢量合成参考电压矢量及扇区划分方法：首先将整个矢量空间以每60o为区间分为6个扇区，当参考矢量位于零矢量和小矢量组成的区域1-6时，用零矢量和小矢量合成参考矢量；当参考矢量位于小矢量和大矢量组成的区域7-12时，用小矢量和大矢量合成该参考矢量，同时保证每个载波周期内小矢量对中点电压作用相反的两种开关状态作用相同时间，以此抵消小矢量对中点电压的影响。
所述步骤3）中的空间矢量作用时间计算方法如下：SVPWM控制方法中，根据电压矢量的不同，大矢量的幅值为2Udc/3、中矢量的幅值为2Udc/sqrt(3) 、小矢量的幅值为Udc/3，当参考矢量位于小矢量和大矢量组成的区域7-12时，为了保证各基本空间电压矢量作用时间的确定性，采用小矢量作用合成的矢量与大矢量作用合成的矢量相位一致的矢量作用时间分配方法进行；设区域为7，假定参考电压矢量由小矢量U01、U02与大矢量U1、U2分别作用时间T3、T2、T4、T1时间合成，则四个矢量作用时间须满足公式（3-4）要求，在一个载波周期内，小矢量U01、U02共同作用合成的矢量为Uref1，大矢量U1、U2共同作用合成的矢量为Uref2，公式（3）、（4）保证了各矢量作用效果与参考电压矢量作用效果相同，计算公式如个（5）所示；同时将公式（5）实部和虚部进行分解，联立公式（3）、（4）可得区域7各基本空间矢量的作用时间如公式（6）所示：
（3）
（4）
（5）
（6）。
所述步骤3）中为得到基本空间矢量作用时间计算通用表达式，现假定以逆时针方向为正，在一个载波周期内相位滞后的小矢量作用时间为T1，相位超前的小矢量作用时间为T2，相位滞后的大矢量作用时间为T3，相位超前的大矢量作用时间为T4，将大、小矢量的长度带入公式（5）得到通用表达式如（7）所示，同理，将公式（3）、（4）、（7）联立，并定义如公式（8）的变量，可以求得区域8-12各基本空间矢量作用时间；当参考矢量位于小矢量和大矢量组成的区域1-6时，参考书矢量由小矢量和零矢量共同作用合成，在一个载波周期内相位超前的小矢量作用时间为t1，相位滞后的小矢量作用时间为t2，零矢量的作用时间为t3，利用公式（6）定义的变量，可计算得到不同区域各基本空间矢量的作用时间；
式中，n=7-12 （7）
（8）。
所述步骤4）中的各空间矢量发送顺序是：确定了各区域的空间电压矢量作用时间之后，在开关频率确定的情况下，为了保证在一个载波周期内消除小矢量对中点电压影响，采取小矢量对应的两种开光状态作用相同时间的方法；同时，为了减少开关损耗，使矢量发送顺序尽量减少功率器件状态变化，要求三相桥臂从一个开关状态转变到另一个开关状态时， 只允许其中一相桥臂动作，因此采用七段式SVPWM矢量合成方法，在一个开关周期内，开关矢量的选择是对称的来确定矢量发送顺序。
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一、电压空间矢量控制机理
参见图1：二极管箝位型三电平变流器主电路结构如图1所示，其中Udc为公共直流母线电压，上下两直流电容电压分别为Udc/2，用开关变量Sa、Sb、Sc分别表示三电平变流器各桥臂的开关状态，以A相桥臂为例进行分析，当开关功率器件Sa1、Sa2导通，Sa3、Sa4截止时，A点电压为U dc/2；当开关功率器件Sa1、Sa2截止，Sa3、Sa4导通时，A点电压为-U dc/2；当开关功率器件Sa2、Sa3导通，Sa1、Sa4截止时，经箝位二极管VD1、VD2作用，A点电压与中点电压同为0。因此二极管箝位型三电平变流器每相输出电平状态有-U dc/2、0和U dc/2三种状态，电压斜率变化dU/dt小，减小了线路谐波含量，同时每个开关所承受的电压应力小，提高了开关的器件的应用电压等级。变流器各开关状态与相电压对应关系如表1所示，表中SX1- SX4(X=A,B,C)为1和0分别对应于各开关功率器件的开通和关断。
表1 开关状态与相电压对应关系
Tab.1 Switching state and voltages of the inverter(X=A,B,C)
通过Clark变换后，三相电压可变换到αβ坐标系下，参考电压矢量如公式（1）所示，变换结果如公式（2）所示。二极管箝位型三电平变流器的三相输出共有27种开关状态，分别对应19个基本空间电压矢量，其中大矢量6个，每个大矢量对应一种开关状态；中矢量6个，每个中矢量对应一种开关状态；小矢量6个，每个小矢量对应2种开关状态；零矢量1个，对应三种开关状态；所有基本空间矢量及其对应的桥臂开关状态如图2所示，对上述图2中的空间矢量状态进行分析可知，零矢量和大矢量对中点电流无影响，小矢量和中矢量对中点电流有影响，且每个小矢量所对应的两种开关状态对中点电流作用是相反的，具体对应状态如表2所示：
表2 不同开关状态对应的中线电流
Tab.2 Current i N for different switching states
（1）
（2）
二、空间电压矢量图及分区判断
传统的SVPWM控制方法将矢量图分成6个扇区，24个小三角区域，首先确定参考电压矢量位于矢量空间的某个区域，然后利用距参考电压最近的三哥基本空间矢量来合成参考电压矢量，此方法中由于中矢量和小矢量对中点电压的影响，导致中点电压不平衡。针对以上不足，本位提出了一种取消中矢量，只利用小矢量和大矢量合成参考电压矢量及扇区划分方法，如图3所示，首先将整个矢量空间以每60o为区间分为6个扇区，当参考矢量位于零矢量和小矢量组成的区域1-6时，用零矢量和小矢量合成参考矢量；当参考矢量位于小矢量和大矢量组成的区域7-12时，用小矢量和大矢量合成该参考矢量，同时保证每个载波周期内小矢量对中点电压作用相反的两种开关状态作用相同时间，以此抵消小矢量对中点电压的影响。
三、基本空间矢量作用时间计算
SVPWM控制方法中，根据电压矢量的不同，大矢量的幅值为2Udc/3、中矢量的幅值为2Udc/sqrt(3) 、小矢量的幅值为Udc/3，当参考矢量位于小矢量和大矢量组成的区域7-12时，为了保证各基本空间电压矢量作用时间的确定性，采用小矢量作用合成的矢量与大矢量作用合成的矢量相位一致的矢量作用时间分配方法进行，如图4所示，为保证小矢量作用合成矢量与大矢量作用合成矢量相位一致，各空间矢量须满足公式（3）、（4）要求；以区域7为例进行说明，假定参考电压矢量由小矢量U 01、U 02与大矢量U 1、U 2分别作用时间T3、T2、T4、T1时间合成，在一个载波周期内，小矢量U 01、U 02共同作用合成的矢量为U ref1，大矢量U 1、U 2共同作用合成的矢量为U ref2，为了保证各矢量作用效果与参考电压矢量作用效果相同，则参考电压矢量表达式如公式（5）所示。同时将公式（5）实部和虚部进行分解，联立公式（3）、（4）可得区域7各基本空间矢量的作用时间如公式（6）所示。
为得到一个适合区域7-12的通用表达式，规定逆时针方向为正，在一个载波周期内相位滞后的小矢量作用时间为T1，相位超前的小矢量作用时间为T2，相位滞后的大矢量作用时间为T3，相位超前的大矢量作用时间为T4，将大、小矢量的长度带入公式（5）得到区域7-12的通用表达式如（7）所示。同理，将公式（3）、（4）、（7）联立，并定义如公式（8）的变量，可以求得区域8-12各基本空间矢量作用时间，如表3所示；
表3 区域7-12基本空间矢量作用时间
Tab.3 Calculation of the dwelling times for sectors7-12
当参考矢量位于小矢量和大矢量组成的区域1-6时，参考书矢量由小矢量和零矢量共同作用合成，在一个载波周期内相位超前的小矢量作用时间为t1，相位滞后的小矢量作用时间为t2，零矢量的作用时间为t3，利用公式（6）定义的变量，可计算得到不同区域各基本空间矢量的作用时间，如表4所示：
表4 区域1-6基本空间矢量作用时间
Tab.4 Calculation of the dwelling times for sectors1-6
区域 1 2 3 4 5 6
T1/T 0.5Z -0.5Z X -X -0.5Y 0.5Y
T2/T X 0.5Y -0.5Y -0.5Z 0.5Z -X
（3）
（4）
（5）
（6）
式中，n=7-12 （7）
（8）
四、矢量发送顺序
确定了各区域的空间电压矢量作用时间之后，在开关频率确定的情况下，为了保证在一个载波周期内消除小矢量对中点电压影响，采取小矢量对应的两种开光状态作用相同时间的方法；同时，为了减少开关损耗，使矢量发送顺序尽量减少功率器件状态变化，要求三相桥臂从一个开关状态转变到另一个开关状态时， 只允许其中一相桥臂动作，因此采用七段式SVPWM矢量合成方法，在一个开关周期内，开关矢量的选择是对称的来确定矢量发送顺序，以区域7和区域1为例，不同区域基本空间矢量发送顺序如表5所示，开关状态所用时间如图5、图6所示。
表5 不同区域基本空间矢量发送顺序
Tab.5 Vector output order of different sectors
五、仿真分析
具体仿真过程如下：以附图1二极管箝位型三电平变流器系统为例，根据前文对直流侧中点电压平衡控制方法的分析，使用PSCAD/EMTDC进行仿真分析，仿真系统参数如表1所示。
表6 仿真系统参数
Tab.6 Simulation parameters
用本专利所提控制方法，在PSCAD/EMTDC仿真环境下进行仿真分析，结果如图7至图10所示：
(1) 图7为二极管箝位型三电平变流器直流母线电容电压波形，仿真结果表明：直流侧上下两个分压电容电压稳定，证明本文所提出的取消中矢量，利用小矢量与大矢量合成参考电压矢量的方法的有效性,可以维持中点电压平衡；
(2) 图8为二极管箝位型三电平变流器中线电流波形，仿真结果表明：由于小矢量的影响，三电平变流器中线上有很大的电流，在采用本专利所提出的控制方法后，在一个载波周期后内，两种开关状态对应的小矢量对中点电压相互作用抵消；
(3) 图9为二极管箝位型三电平变流器交流侧输出线电压波形，图10为二极管箝位型三电平变流器交流侧输出相电压波形，仿真结果表明：采用本专利提出的SVPWM控制方法，能报保证输出侧的电压质量。
通过以上仿真分析可以得出以下结论：
（1）本专利提出的取消中矢量，采用小矢量和大矢量合成参考矢量的方法保证了基本空间矢量作用时间求解的唯一性，并给出了矢量作用时间计算公式和矢量发送顺序。
（2）本专利所提出的SVPWM三电平中点箝位变流器直流侧中点电压平衡控制方法能消除小矢量引起的中点电压不平衡问题，可明显提高直流侧电压平衡的动态性能。
以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于SVPWM的三电平变流器直流侧中点电压平衡控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）、分析SVPWM控制机理及开关状态对中点电位影响：通过对三电平变流器各种开关状态进行分析可知，中矢量和小矢量对中点电流有影响，零矢量和大矢量对中点电流无影响；
2）、空间电压矢量分区判断：针对每一个小矢量对应两种开关状体下负载电流对中性点电流的作用正好相反的问题，提出了一种取消中矢量，利用小矢量和大矢量合成参加矢量以及扇区划分方法；
3）、确定各空间矢量作用时间：当参考矢量位于小矢量和大矢量组成的某一个区域时，采取小矢量作用产生的合成矢量与大矢量作用合成的矢量相位一致的原则进行矢量作用时间分配；
4）、确定矢量发送顺序：采取小矢量对应的两种开关状态作用相同时间的方法，进行脉宽调制，保证矢量发送顺序尽量减少功率器件的状态变化，进而保证直流侧中点电压平衡。
2. 根据权利要求1所述的基于SVPWM的三电平变流器直流侧中点电压平衡控制方法，其特征在于：所述步骤1）中的三电平变流器为二极管箝位型三电平变流器，其控制方法为：设桥臂为A相，当开关功率器件Sa1、Sa2导通，Sa3、Sa4截止时，A点电压为U dc/2；当开关功率器件Sa1、Sa2截止，Sa3、Sa4导通时，A点电压为-U dc/2；当开关功率器件Sa2、Sa3导通，Sa1、Sa4截止时，经箝位二极管VD1、VD2作用，A点电压与中点电压同为0；因此二极管箝位型三电平变流器每相输出电平状态有-U dc/2、0和U dc/2三种状态，电压斜率变化dU/dt小，减小了线路谐波含量，同时每个开关所承受的电压应力小，提高了开关的器件的应用电压等级；二极管箝位型三电平变流器的三相输出共有27种开关状态，分别对应19个基本空间电压矢量，其中大矢量6个，中矢量6个，小矢量6个，每个小矢量对应2种开关状态，零矢量1个，对上述开关状态分析可知，零矢量和大矢量对中点电流无影响，小矢量和中矢量对中点电流有影响；三相电压经公式（1）Clark变换后得到的参考电压矢量如公式（2）所示：
（1）
（2）。
3. 根据权利要求1所述的基于SVPWM的三电平变流器直流侧中点电压平衡控制方法，其特征在于：所述步骤2）中空间电压矢量及分区判断方法是，首先将整个矢量空间以每60o为区间分为6个扇区，当参考矢量位于零矢量和小矢量组成的区域1-6时，用零矢量和小矢量合成参考矢量；当参考矢量位于小矢量和大矢量组成的区域7-12时，用小矢量和大矢量合成该参考矢量，同时保证每个载波周期内小矢量对中点电压作用相反的两种开关状态作用相同时间，以此抵消小矢量对中点电压的影响。
4. 根据权利要求1所述的基于SVPWM的三电平变流器直流侧中点电压平衡控制方法，其特征在于：所述步骤3）中的空间矢量作用时间计算方法如下：SVPWM控制方法中，根据电压矢量的不同，大矢量的幅值为2Udc/3、中矢量的幅值为2Udc/sqrt(3) 、小矢量的幅值为Udc/3，当参考矢量位于小矢量和大矢量组成的区域7-12时，为了保证各基本空间电压矢量作用时间的确定性，采用小矢量作用合成的矢量与大矢量作用合成的矢量相位一致的矢量作用时间分配方法进行；设区域为7，假定参考电压矢量由小矢量U01、U02与大矢量U1、U2分别作用时间T3、T2、T4、T1时间合成，则四个矢量作用时间须满足公式（3-4）要求，在一个载波周期内，小矢量U01、U02共同作用合成的矢量为Uref1，大矢量U1、U2共同作用合成的矢量为Uref2，公式（3）、（4）保证了各矢量作用效果与参考电压矢量作用效果相同，计算公式如个（5）所示；同时将公式（5）实部和虚部进行分解，联立公式（3）、（4）可得区域7各基本空间矢量的作用时间如公式（6）所示：
（3）
（4）
（5）
（6）。
5.根据权利要求1或4所述的基于SVPWM的三电平变流器直流侧中点电压平衡控制方法，其特征在于：所述步骤3）中为得到基本空间矢量作用时间计算通用表达式，现假定以逆时针方向为正，在一个载波周期内相位滞后的小矢量作用时间为T1，相位超前的小矢量作用时间为T2，相位滞后的大矢量作用时间为T3，相位超前的大矢量作用时间为T4，将大、小矢量的长度带入公式（5）得到通用表达式如（7）所示，同理，将公式（3）、（4）、（7）联立，并定义如公式（8）的变量，可以求得区域8-12各基本空间矢量作用时间；当参考矢量位于小矢量和大矢量组成的区域1-6时，参考书矢量由小矢量和零矢量共同作用合成，在一个载波周期内相位超前的小矢量作用时间为t1，相位滞后的小矢量作用时间为t2，零矢量的作用时间为t3，利用公式（6）定义的变量，可计算得到不同区域各基本空间矢量的作用时间；
式中，n=7-12 （7）
（8）。
6. 根据权利要求1所述的基于SVPWM的三电平变流器直流侧中点电压平衡控制方法，其特征在于：所述步骤4）中的各空间矢量发送顺序是：确定了各区域的空间电压矢量作用时间之后，在开关频率确定的情况下，为了保证在一个载波周期内消除小矢量对中点电压影响，采取小矢量对应的两种开光状态作用相同时间的方法；同时，为了减少开关损耗，使矢量发送顺序尽量减少功率器件状态变化，要求三相桥臂从一个开关状态转变到另一个开关状态时， 只允许其中一相桥臂动作，因此采用七段式SVPWM矢量合成方法，在一个开关周期内，开关矢量的选择是对称的来确定矢量发送顺序。
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