CN102904473A - 三相二极管箝位三电平变流器的综合矢量调制方法 - Google Patents

三相二极管箝位三电平变流器的综合矢量调制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102904473A
CN102904473A CN2012104218957A CN201210421895A CN102904473A CN 102904473 A CN102904473 A CN 102904473A CN 2012104218957 A CN2012104218957 A CN 2012104218957A CN 201210421895 A CN201210421895 A CN 201210421895A CN 102904473 A CN102904473 A CN 102904473A
Authority
CN
China
Prior art keywords
vector
overmodulation
duty ratio
phase
svpwm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2012104218957A
Other languages
English (en)
Inventor
王灏雄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu Daqo Kfine Electric Co Ltd
Original Assignee
Jiangsu Daqo Kfine Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu Daqo Kfine Electric Co Ltd filed Critical Jiangsu Daqo Kfine Electric Co Ltd
Priority to CN2012104218957A priority Critical patent/CN102904473A/zh
Publication of CN102904473A publication Critical patent/CN102904473A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本发明涉及三相二极管箝位三电平变流器的综合矢量调制方法。该方法首先对输出矢量所在的扇区进行判断，之后判断当前输出矢量在线性调制区还是在过调制区，在线性调制区按常规SVPWM方法或按虚拟矢量合成SVPWM方法计算各相桥臂IGBT的占空比；在过调制区，先根据过调制算法计算出大矢量、中矢量的占空比，再将中矢量按照下述原则分解，即使一个中矢量的作用时间，等于两个与其临近的大矢量各自作用总时间的三分之一之和再加上该中矢量作用总时间的三分之一，最后计算出各相桥臂IGBT的占空比。本发明方法不仅能够以三电平输出实现NPC三电平变流器的过调制，还能最大程度地抑制由于过调制导致的直流中点电压的较大偏移与较大波动。

Description

三相二极管箝位三电平变流器的综合矢量调制方法
技术领域
本发明涉及风力发电系统的运行控制技术，具体是一种三相二极管箝位三电平变流器的综合矢量调制方法。
背景技术
现有的三相变流器的控制方法中，电压空间矢量SVPWM调制技术相对于SPWM调制技术有着较高的直流电压利用率，且产生的波形质量高、谐波含量小、便于数字信号处理器实时控制等优点，得到了广泛的应用。不论两电平变流器还是多电平变流器，其SVPWM的工作区均分为线性调制区与过调制区。在过调制区中必须采用过调制技术以实现更高的直流电压利用率，即在同样的直流电压下输出过大的交流电压。
目前，两电平的 SVPWM技术与过调制技术已得到了广泛的研究，三电平的SVPWM技术近年来也得到了较多研究，但成熟的三电平过调制技术还在探索之中。在多电平变换器的控制中，SVPWM技术除按参考矢量生成输出电压外，还必须考虑抑制中点电压偏移与波动问题。
在线性调制区，三电平变流器的SVPWM调制有两种实现方式，一种是常规的SVPWM技术，另一种是基于虚拟矢量合成的SVPWM技术。后者对三电平变流器的中点电压波动具有最好的抑制能力。
在过调制区域，三电平变流器的过调制技术不仅要实现三电平输出，同时要保证较小的中点电压偏移与波动。对这一问题之前尚无较好的解决方法。一般处理措施是尽量提高直流母线电压避免变流器工作在过调制区域；或者以两电平方式实现过调制技术，这是以牺牲三电平优势为代价；或者增加硬件，当中点电压不平衡时，采用制动电阻对电压较高的电容进行放电，增加了系统成本。
图1为二极管箝位（NPC）三电平变流器。该电路用两个串联的电容将直流母线电压分为三个电平，每个桥臂用四个开关器件串联。用一对串联箝位二极管和内测开关管并联，其中心抽头和第三电平连接，实现中点箝位。
变流器每相的开关动作组合状态可使该相输出udc(2)、udc/2(1)、0(0)三种状态，三相的三种状态的组合共有27种，其中24个为非零矢量，三个零矢量，这24个非零矢量将圆周分为12个30°区域，如图2；两电平则分为6个60°区域，如图3，每个区域被称为扇区。多电平的特点之一就是将两电平的一个扇区分为更多的子区域。
图2中，在三相的24种组合状态中，矢量200、220、020、022、002、202由于矢量幅值最大，被称为大矢量；矢量210、120、021、012、102、201被称为中矢量；其它矢量为小矢量。当大矢量作用时，由于流过直流电容中点的电流为零，故对中点电压无影响，而短矢量与中矢量均对直流中点电压有影响。
图3中，大矢量构成的六边形中，在六边形内切圆内包括该内切圆上的参考矢量（即输出电压）均可无畸变产生，故内切圆以内为线性调制区；在内切圆与六边形外接圆区域的参考矢量，变流器可以无相移但输出值减小的方式生成，故该黄色区域为过调制1区；六边形外接圆与外部圆之间为过调制2区。在对波形质量有较高要求的场合，变流器仅工作在线性调制区与过调制1区。
三电平SVPWM技术中，一般有两种实现方式。以扇区Ⅰ为例，常规SVPWM调制技术的子区域划分如图4所示；虚拟矢量合成SVPWM调制技术的子区域划分如图5所示。
实现中点电压平衡控制的原理是通过实时、动态地调制短矢量的作用时间，实现对直流电容充放电的控制，达到中点电压平衡的目的。
在线性调制区，常用的方法有滞环控制、较精确的定量控制。其基本原理是：在保证短矢量在每个开关周期内总作用时间不变的前提下，根据检测到的中点电压和交流电流方向，实时调整正负短矢量的作用时间，实现中点电压的平衡控制。
在虚拟矢量合成SVPWM技术中，由于中矢量用虚拟矢量代替，通过开关模式的合理选择，可使SVPWM具有中点电压的自平衡能力，即在理论上可使中点电压波动为零。例如图4中用虚拟矢量V'3取代图3中的中矢量V3。
但当三电平变流器工作于过调制区间时，输出矢量在六边形上，故输出矢量只能由大矢量与中矢量合成。此时，由于没有短矢量存在，且中矢量作用时间较长，此时会产生较大的中点电压波动。
三电平变流器过调制技术实现困难的原因在于，三相二极管箝位（NPC）三电平变流器实现过调制时，合成输出矢量的基本矢量必然有一个是大矢量，一个是中矢量，大矢量对中点电压波动无影响，但中矢量会引起中点电压的偏移和波动，而且此时没有其它可对中点电压调节的控制矢量存在，使得过调制时中点电压的波动难以控制。
以图4中的扇区Ⅰ为例，过调制区域只会出现在子区域A2与A3中。当输出矢量在子区域A2的六边形上时，常规过调制的输出矢量的顺序为200→210→200；当参考矢量在子区域A3的六边形上时，其输出矢量的顺序为210→220→210。可以看出，这种过调制技术大量使用中矢量210，使中矢量作用时间相对增加，而没有其它能够调节中点电压的矢量存在，使中点电压产生偏移与波动，不具有实用性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够以三电平输出实现NPC三电平变流器的过调制，同时能够较好好抑制由于过调制导致的直流中点电压偏移和波动的三相二极管箝位三电平变流器的综合矢量调制方法。
本发明的三相二极管箝位三电平变流器的综合矢量调制方法是：首先对输出矢量所在的扇区进行判断，之后判断当前输出矢量在线性调制区还是在过调制区，在线性调制区按常规SVPWM方法或按虚拟矢量合成SVPWM方法计算各相桥臂IGBT的占空比；在过调制区，先根据过调制算法计算出大矢量、中矢量的占空比，再将中矢量按照下述原则分解，即使一个中矢量的作用时间，等于两个与其临近的大矢量各自作用总时间的三分之一之和再加上该中矢量作用总时间的三分之一，最后计算出各相桥臂IGBT的占空比。
在各相桥臂IGBT的占空比计算完毕后，判断当前中点电压波动是否超过预设值，如果超过，根据中点电压波动抑制方法，对相应IGBT的占空比进行修正，实现对中点电压波动的抑制。
本发明给出了NPC三电平变流器在线性区与过调制区完整的调制方案，不仅最大程度地减小了中点电压波动，而且使变流器在线性区与过调制区之间过渡时，实现平滑无缝切换；同时，本发明方法不仅能够以三电平输出实现NPC三电平变流器的过调制，还能最大程度地抑制由于过调制导致的直流中点电压的较大偏移与较大波动。
附图说明
图1是现有三相二极管箝位三电平变流器的电路原理图；
图2是三相二极管箝位三电平变流器的三电平电压空间矢量图；
图3是三电平变流器的SVPWM调制的工作区间示意图；
图4是现有常规SVPWM调制方法中一个扇区的子区域划分示意图；
图5是现有虚拟矢量合成SVPWM调制方法中一个扇区的子区域划分示意图。
具体实施方式
本发明的三相二极管箝位三电平变流器的综合矢量调制方法是：首先对输出矢量所在的扇区进行判断，之后判断当前输出矢量在线性调制区还是在过调制区，在线性调制区按常规SVPWM方法或按虚拟矢量合成SVPWM方法计算各相桥臂IGBT的占空比；在过调制区，先根据过调制算法计算出大矢量、中矢量的占空比，再将中矢量按照下述原则分解，即使一个中矢量的作用时间，等于两个与其临近的大矢量各自作用总时间的三分之一之和再加上该中矢量作用总时间的三分之一，最后计算出各相桥臂IGBT的占空比。 在各相桥臂IGBT的占空比计算完毕后，判断当前中点电压波动是否超过预设值，如果超过，根据中点电压波动抑制方法，对相应IGBT的占空比进行修正，实现对中点电压波动的抑制。
本发明提出的综合矢量调制方法的实现方式，全部由软件实现，简单易行，无特殊限制。

Claims (2)

1.一种三相二极管箝位三电平变流器的综合矢量调制方法，其特征是：首先对输出矢量所在的扇区进行判断，之后判断当前输出矢量在线性调制区还是在过调制区，在线性调制区按常规SVPWM方法或按虚拟矢量合成SVPWM方法计算各相桥臂IGBT的占空比；在过调制区，先根据过调制算法计算出大矢量、中矢量的占空比，再将中矢量按照下述原则分解，即使一个中矢量的作用时间，等于两个与其临近的大矢量各自作用总时间的三分之一之和再加上该中矢量作用总时间的三分之一，最后计算出各相桥臂IGBT的占空比。
2.根据权利要求1所述的三相二极管箝位三电平变流器的综合矢量调制方法，其特征是：在各相桥臂IGBT的占空比计算完毕后，判断当前中点电压波动是否超过预设值，如果超过，根据中点电压波动抑制方法，对相应IGBT的占空比进行修正，实现对中点电压波动的抑制。
CN2012104218957A 2012-10-30 2012-10-30 三相二极管箝位三电平变流器的综合矢量调制方法 Pending CN102904473A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012104218957A CN102904473A (zh) 2012-10-30 2012-10-30 三相二极管箝位三电平变流器的综合矢量调制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012104218957A CN102904473A (zh) 2012-10-30 2012-10-30 三相二极管箝位三电平变流器的综合矢量调制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102904473A true CN102904473A (zh) 2013-01-30

Family

ID=47576560

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2012104218957A Pending CN102904473A (zh) 2012-10-30 2012-10-30 三相二极管箝位三电平变流器的综合矢量调制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102904473A (zh)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103337978A (zh) * 2013-06-07 2013-10-02 江苏大全凯帆电器股份有限公司 二极管箝位三电平背靠背变流器svpwm控制策略
CN103592984A (zh) * 2013-11-19 2014-02-19 电子科技大学 三角形连接变流器电流瞬时序分量分解和重构方法
CN103605396A (zh) * 2013-11-22 2014-02-26 苏州汇川技术有限公司 变流器输出电流处理电路及方法
CN103731055A (zh) * 2014-01-20 2014-04-16 东南大学 一种简化的三电平空间矢量调制方法
CN103762876A (zh) * 2014-02-10 2014-04-30 苏州大学 一种三电平电压空间矢量脉宽调制方法
CN104158422A (zh) * 2014-07-30 2014-11-19 华南理工大学 一种中点钳位型三电平逆变器中点电压控制方法
CN104967342A (zh) * 2015-06-03 2015-10-07 厦门理工学院 二极管箝位型三电平变换器的中点电位预测控制方法
CN106385192A (zh) * 2016-10-31 2017-02-08 东北大学秦皇岛分校 三电平四桥臂逆变器控制方法
CN106533226A (zh) * 2015-09-09 2017-03-22 上海三菱电梯有限公司 三电平变换器的中点电压平衡控制方法
CN112436752A (zh) * 2020-11-02 2021-03-02 合肥工业大学 逆变器12扇区虚拟矢量过调制策略
CN112468041A (zh) * 2021-01-28 2021-03-09 四川大学 基于二极管箝位的双三相开绕组永磁同步发电机系统
CN114123827A (zh) * 2021-12-09 2022-03-01 同济大学 一种基于虚拟矢量的中点钳位型三电平逆变器双模式过调制方法
CN116032144A (zh) * 2023-03-29 2023-04-28 成都希望电子研究所有限公司 谐波与中点电位协同控制的同步过调制算法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102684529A (zh) * 2012-05-30 2012-09-19 无锡市大元广盛电气有限公司 一种空间电压矢量脉宽调制方法
KR20120113910A (ko) * 2011-04-06 2012-10-16 부산대학교 산학협력단 3상 ａｃ／ｄｃ ｐｗｍ 컨버터의 개방회로 고장 허용 제어 장치 및 그 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120113910A (ko) * 2011-04-06 2012-10-16 부산대학교 산학협력단 3상 ａｃ／ｄｃ ｐｗｍ 컨버터의 개방회로 고장 허용 제어 장치 및 그 방법
CN102684529A (zh) * 2012-05-30 2012-09-19 无锡市大元广盛电气有限公司 一种空间电压矢量脉宽调制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王颢雄等: "利用矢量合成的三电平变流器SVPWM过调制技术", 《高电压技术》, vol. 37, no. 1, 31 January 2011 (2011-01-31), pages 234 - 240 *

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103337978A (zh) * 2013-06-07 2013-10-02 江苏大全凯帆电器股份有限公司 二极管箝位三电平背靠背变流器svpwm控制策略
CN103592984A (zh) * 2013-11-19 2014-02-19 电子科技大学 三角形连接变流器电流瞬时序分量分解和重构方法
CN103605396A (zh) * 2013-11-22 2014-02-26 苏州汇川技术有限公司 变流器输出电流处理电路及方法
CN103605396B (zh) * 2013-11-22 2015-12-09 苏州汇川技术有限公司 变流器输出电流处理电路及方法
CN103731055B (zh) * 2014-01-20 2015-12-02 东南大学 一种简化的三电平空间矢量调制方法
CN103731055A (zh) * 2014-01-20 2014-04-16 东南大学 一种简化的三电平空间矢量调制方法
CN103762876B (zh) * 2014-02-10 2016-04-20 苏州大学 一种三电平电压空间矢量脉宽调制方法
CN103762876A (zh) * 2014-02-10 2014-04-30 苏州大学 一种三电平电压空间矢量脉宽调制方法
CN104158422A (zh) * 2014-07-30 2014-11-19 华南理工大学 一种中点钳位型三电平逆变器中点电压控制方法
CN104967342A (zh) * 2015-06-03 2015-10-07 厦门理工学院 二极管箝位型三电平变换器的中点电位预测控制方法
CN104967342B (zh) * 2015-06-03 2017-08-01 厦门理工学院 二极管箝位型三电平变换器的中点电位预测控制方法
CN106533226B (zh) * 2015-09-09 2018-10-19 上海三菱电梯有限公司 三电平变换器的中点电压平衡控制方法
CN106533226A (zh) * 2015-09-09 2017-03-22 上海三菱电梯有限公司 三电平变换器的中点电压平衡控制方法
CN106385192A (zh) * 2016-10-31 2017-02-08 东北大学秦皇岛分校 三电平四桥臂逆变器控制方法
CN106385192B (zh) * 2016-10-31 2020-03-31 东北大学秦皇岛分校 三电平四桥臂逆变器控制方法
CN112436752A (zh) * 2020-11-02 2021-03-02 合肥工业大学 逆变器12扇区虚拟矢量过调制策略
CN112436752B (zh) * 2020-11-02 2021-09-07 合肥工业大学 逆变器12扇区虚拟矢量过调制策略
CN112468041A (zh) * 2021-01-28 2021-03-09 四川大学 基于二极管箝位的双三相开绕组永磁同步发电机系统
CN114123827A (zh) * 2021-12-09 2022-03-01 同济大学 一种基于虚拟矢量的中点钳位型三电平逆变器双模式过调制方法
CN114123827B (zh) * 2021-12-09 2023-09-29 同济大学 一种中点钳位型三电平逆变器双模式过调制方法
CN116032144A (zh) * 2023-03-29 2023-04-28 成都希望电子研究所有限公司 谐波与中点电位协同控制的同步过调制算法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102904473A (zh) 三相二极管箝位三电平变流器的综合矢量调制方法
Sheng et al. A novel seven-level ANPC converter topology and its commutating strategies
CN101753044B (zh) 一种基于零序电压注入的三电平中点电位平衡控制方法
Liu et al. A novel SVPWM algorithm for five-level active neutral-point-clamped converter
Gupta et al. Topology for multilevel inverters to attain maximum number of levels from given DC sources
Najafi et al. Design and implementation of a new multilevel inverter topology
EP2415147B1 (en) Device and method for converting direct current into alternate current
CN103236797B (zh) 一种五电平二极管钳位型变换器电容电压平衡控制方法
CN103117668B (zh) 简化的五相三电平电压源逆变器的矢量控制方法
Colak et al. Design and analysis of a 7-level cascaded multilevel inverter with dual SDCSs
Sun et al. Carrier-based modulation strategies for multimodular matrix converters
Trabelsi et al. An improved SVPWM method for multilevel inverters
Zhang et al. Performance study for high power density three-phase Vienna PFC rectifier by using SVPWM control method
Oghorada et al. Control of modular multilevel converters using an overlapping multihexagon space vector modulation scheme
CN108768149A (zh) 用于并联电流源变流器的五电平特定谐波消除法
Shete et al. Performance of sinusoidal pulse width modulation based three phase inverter
Thakre et al. New topology for asymmetrical multilevel inverter: An effort to reduced device count
CN108092535A (zh) 一种三电平npc变流器的新型调制策略
Xu et al. Modulation and control of an ANPC/H-bridge hybrid inverter for ship electric propulsion drives
CN105763084A (zh) 一种三相双t型五电平变流器及其控制方法
CN106602914B (zh) 基于两电平svpwm调制方法的模块化多电平换流器的控制简化方法
CN105790622B (zh) 五电平有源中点箝位h桥逆变器的控制方法
Jing et al. A flexible hybrid selective harmonic elimination transition algorithm to provide variable frequency of output voltage in 3L-NPC inverter
Wang et al. A new five-level hybrid-clamped converter with reduced number of clamping devices
JP2012196013A (ja) マルチレベル電力変換器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130130