CN102403951A - 一种三电平变流器输出电压估算方法 - Google Patents

一种三电平变流器输出电压估算方法 Download PDF

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谭国俊
吴轩钦
李�浩
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Abstract

本发明公开了一种三电平变流器输出电压估算方法，属于三电平电机矢量控制技术领域，其具体步骤为：将传统的三电平变流器输出的矢量空间分为六个小的六边形，在各自小六边形内采用空间矢量调制算法进行主、次矢量作用时间的计算；然后根据线电压伏秒平衡原则估算三电平输出相电压。有益效果是利用三电平和两电平在空间电压矢量上的等效关系，直接通过直流母线信息和各相作用时间信息通过相应计算获得各相输出电压，对电机控制系统来说省略了相应的电压传感器，简化了系统的硬件结构，获得可靠性更高的相电压，提高了系统在高速段和低速段的速度控制精度。

Description

一种三电平变流器输出电压估算方法
技术领域
本发明涉及一种三电平变流器输出电压估算方法，属于三电平电机矢量控制技术领域，适用于三电平变流器供电的交流电机控制。
背景技术
在三电平高性能电机矢量控制系统中，输出相电压的准确与否对系统的性能有着很大的影响。目前传统的方法有两种，一种是通过输出电压传感器采样输入到控制系统中。第二种是直接采用SVPWM的指令电压作为实际输出相电压。                                       
对于第一种方法，需要增加传感器的同时必须增加相应的采样通道数目，并且三电平变流器输出的电压为阶梯波，用通常的瞬时采样变换器采得的值不是实际波形在一个开关周期中的平均值，不能真实反映输出电压在这个开关周期的大小。对于第二种方法，窄脉冲问题是其不准确的根源，因为并不是所有输出和SVPWM的指令电压给定都完全相同，特别是在电机低速和高速段，窄脉冲问题更加严重。
同时由于三电平输出电平比两电平拓扑结构的多一半，而且输出电压矢量更是两电平的三倍，如果直接通过输出电压顺序，分别加上主矢量、零矢量和次矢量作用时间进行计算的话非常困难，使得控制系统的可靠性和准确性无法得到技术保障。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种三电平变流器输出电压估算方法，一方面简化了三电平拓扑结构变频器的硬件结构，另一方面提高了变流装置的可靠性和准确性。
为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种三电平变流器输出电压估算方法，该估算方法的具体步骤为：
（1）、对变流器的直流母线电压                                               
Figure 21238DEST_PATH_IMAGE002
进行采样，记录采样结果；
（2）、根据三电平变流器的空间矢量图，利用坐标平移，把需要估算的电压矢量分别定位在以V1、V2、V3、V4、V5和V6为中心的小六边形内进行，每个小六边形看成一个两电平拓扑结构的空间电压矢量图，根据参考电压矢量所处在的不同小六边形，得到各个情况下参考电压矢量
Figure 391040DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 219318DEST_PATH_IMAGE006
轴的平移量如下：
小六边形号
Figure 16373DEST_PATH_IMAGE008
平移量
Figure 625209DEST_PATH_IMAGE010
平移量
1
Figure 234920DEST_PATH_IMAGE012
Figure 245601DEST_PATH_IMAGE014
2
Figure 213557DEST_PATH_IMAGE016
Figure 309689DEST_PATH_IMAGE018
3
Figure 958976DEST_PATH_IMAGE020
Figure 824164DEST_PATH_IMAGE018
4
Figure 963021DEST_PATH_IMAGE022
Figure 546449DEST_PATH_IMAGE014
5
Figure 733848DEST_PATH_IMAGE020
Figure 719122DEST_PATH_IMAGE024
6
Figure 28880DEST_PATH_IMAGE016
由此可根据两电平电压空间矢量调制算法计算得出各个扇区主、次矢量作用时间分别为
Figure 90694DEST_PATH_IMAGE026
、，其中，系统的载波时间为
Figure 853212DEST_PATH_IMAGE030
，直流母线电压为
Figure 145653DEST_PATH_IMAGE002
，参考矢量在
Figure 2750DEST_PATH_IMAGE032
坐标系下的分量为
Figure 697037DEST_PATH_IMAGE034
、
Figure 286281DEST_PATH_IMAGE036
，以参考矢量位于第一个小六边形的第一扇区为例，其余各个扇区依次类推：
主矢量作用时间为：
Figure 331598DEST_PATH_IMAGE038
，
次矢量作用时间为：；
（3）、对于三电平拓扑结构下输出相电压的估算，根据线电压伏秒平衡原则，结合（2）中计算得到的主、次矢量作用时间，得到三电平拓扑结构下输出线电压为：
Figure 275600DEST_PATH_IMAGE042
；
根据上式得到三电平拓扑结构下输出电压在、轴上的分量为：
Figure 767258DEST_PATH_IMAGE044
；
由输出电压在、
Figure 367184DEST_PATH_IMAGE006
轴上的分量，结合2/3变换得到三电平拓扑结构下A、B和C三相输出相电压估算值为：
Figure 121513DEST_PATH_IMAGE046
。
本发明的有益效果是：利用三电平和两电平在空间电压矢量上的等效关系，直接通过直流母线信息和各相作用时间信息通过相应计算获得各相输出电压，对电机控制系统来说省略了相应的电压传感器，简化了系统的硬件结构，获得可靠性更高的相电压，提高了系统在高速段和低速段的速度控制精度。
附图说明
图1为三电平空间电压矢量图；
图2为三电平空间电压矢量分解为六个小六边形图；
图3为平移后的两电平电压空间矢量图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示的三电平变流器的空间矢量图，利用坐标平移，把需要估算的电压矢量分别定位在以V1、V2、V3、V4、V5、V6为中心的小六边形内进行；如图2所示，每个小六边形就可以看成一个两电平拓扑结构的空间电压矢量图，根据参考电压矢量所处在的不同小六边形，得到各情况下参考电压矢量
Figure 858525DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 818129DEST_PATH_IMAGE006
轴的平移量如下：
小六边形号
Figure 247973DEST_PATH_IMAGE008
平移量
Figure 224019DEST_PATH_IMAGE010
平移量
1
Figure 764722DEST_PATH_IMAGE012
Figure 345876DEST_PATH_IMAGE014
2
Figure 681042DEST_PATH_IMAGE016
Figure 409964DEST_PATH_IMAGE018
3
Figure 488778DEST_PATH_IMAGE020
4
Figure 430507DEST_PATH_IMAGE022
Figure 646724DEST_PATH_IMAGE014
5
Figure 466913DEST_PATH_IMAGE020
Figure 819397DEST_PATH_IMAGE024
6
Figure 761945DEST_PATH_IMAGE016
如图3所示，平移后的两电平电压空间矢量图，根据两电平电压空间矢量调制算法计算得出各个扇区主、次矢量作用时间分别为
Figure 56715DEST_PATH_IMAGE026
、，图中箭头起始表示主矢量，结束表示次矢量。系统的载波时间
Figure 314838DEST_PATH_IMAGE030
，直流母线电压为
Figure 240068DEST_PATH_IMAGE002
，且参考矢量在
Figure 464376DEST_PATH_IMAGE032
坐标系下的分量为
Figure 729136DEST_PATH_IMAGE034
、
Figure 13487DEST_PATH_IMAGE036
，以参考矢量位于第一个小六边形的第一扇区为例，其余各个扇区依次类推： 
主矢量作用时间：
Figure 426013DEST_PATH_IMAGE038
，
次矢量作用时间：
Figure 188433DEST_PATH_IMAGE040
；
对于三电平拓扑结构下输出相电压的估算，根据线电压伏秒平衡原则，结合第二步计算得到的主、次矢量作用时间，可得三电平拓扑结构下输出线电压为：
Figure 307699DEST_PATH_IMAGE042
，
根据上式可得三电平拓扑结构下输出电压在
Figure 762951DEST_PATH_IMAGE004
、轴上的分量：
Figure 228884DEST_PATH_IMAGE044
，
由输出电压在
Figure 701192DEST_PATH_IMAGE004
、轴上的分量，结合2/3变换可得三电平拓扑结构下A、B、C三相输出相电压估算值为：
。

Claims (1)

1. 一种三电平变流器输出电压估算方法，其特征在于，该估算方法的具体步骤为：
（1）、对变流器的直流母线电压                                               
Figure 2011103898997100001DEST_PATH_IMAGE002
进行采样，记录采样结果；
（2）、根据三电平变流器的空间矢量图，利用坐标平移，把需要估算的电压矢量分别定位在以V1、V2、V3、V4、V5和V6为中心的小六边形内进行，每个小六边形看成一个两电平拓扑结构的空间电压矢量图，根据参考电压矢量所处在的不同小六边形，得到各个情况下参考电压矢量、
Figure 2011103898997100001DEST_PATH_IMAGE006
轴的平移量如下：
小六边形号
Figure 2011103898997100001DEST_PATH_IMAGE008
平移量
Figure 2011103898997100001DEST_PATH_IMAGE010
平移量 1
Figure 2011103898997100001DEST_PATH_IMAGE012
Figure 2011103898997100001DEST_PATH_IMAGE014
 2
Figure 2011103898997100001DEST_PATH_IMAGE016
Figure 2011103898997100001DEST_PATH_IMAGE018
 3
Figure 2011103898997100001DEST_PATH_IMAGE020
 4
Figure 2011103898997100001DEST_PATH_IMAGE022
Figure 105110DEST_PATH_IMAGE014
 5
Figure 902165DEST_PATH_IMAGE020
Figure 2011103898997100001DEST_PATH_IMAGE024
 6
Figure 448684DEST_PATH_IMAGE016
Figure 622176DEST_PATH_IMAGE024
由此可根据两电平电压空间矢量调制算法计算得出各个扇区主、次矢量作用时间分别为
Figure 2011103898997100001DEST_PATH_IMAGE026
、
Figure 2011103898997100001DEST_PATH_IMAGE028
，其中，系统的载波时间为，直流母线电压为
Figure 74935DEST_PATH_IMAGE002
，参考矢量在
Figure 2011103898997100001DEST_PATH_IMAGE032
坐标系下的分量为
Figure 2011103898997100001DEST_PATH_IMAGE034
、，以参考矢量位于第一个小六边形的第一扇区为例，其余各个扇区依次类推：
主矢量作用时间为：，
次矢量作用时间为：
Figure 2011103898997100001DEST_PATH_IMAGE040
；
（3）、对于三电平拓扑结构下输出相电压的估算，根据线电压伏秒平衡原则，结合（2）中计算得到的主、次矢量作用时间，得到三电平拓扑结构下输出线电压为：
Figure 2011103898997100001DEST_PATH_IMAGE042
；
根据上式得到三电平拓扑结构下输出电压在
Figure 918257DEST_PATH_IMAGE004
、轴上的分量为：
Figure 2011103898997100001DEST_PATH_IMAGE044
；
由输出电压在、
Figure 528864DEST_PATH_IMAGE006
轴上的分量，结合2/3变换得到三电平拓扑结构下A、B和C三相输出相电压为：
Figure 2011103898997100001DEST_PATH_IMAGE046
。
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