CN103944432B - 一种优化切换路径的n级多电平逆变器SVPWM算法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种优化切换路径的n级多电平逆变器SVPWM算法。该算法把基本矢量对应的开关状态矢量映射到三维空间坐标系中，根据传统SVPWM算法，一个参考电压矢量对应三个有效的开关状态矢量，这三个开关状态矢量组成空间三角形，利用Hamilton有向图Christofides算法，在空间三角形内部以及相邻空间三角形之间建立状态空间矢量切换路径模型，实现三角形内三个顶点矢量之间的切换路径最优以及相邻三角形之间的切换路径最优。该算法简化了级联多电平逆变器SVPWM算法，有助于提高逆变器输出电压性能指标以及逆变器性能，使得SVPWM算法适用于n级多电平逆变器。

Description

一种优化切换路径的n级多电平逆变器SVPWM算法

技术领域

本发明涉及到级联多电平逆变器调制领域，特指一种优化切换路径的n级多电平逆变器SVPWM算法。

背景技术

级联多电平逆变器开关器件上的电压应力小、模块化程度高、易于扩展和控制、可靠性好、输出电压谐波畸变系数小、故障容错能力强，其用低压电力电子器件实现高压大功率电能转换，可应用于高压直流输电、静止同步补偿器和有源电力滤波器、光伏发电和燃料电池发电等再生能源装置以及大功率高压变频电机驱动等高压大功率装置中。

空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)技术是正弦脉冲宽度调制(SPWM)技术与电动机磁通链圆形轨迹直接组合的一种PWM控制技术，该调制技术具有直流电压利用率高、开关频率低、开关损耗小等优点，有关SVPWM技术应用于级联多电平逆变器引起了国内外学者的密切关注。

级联多电平逆变器SVPWM算法，依据伏秒平衡原理，利用二维坐标中的基本矢量逼近参考电压矢量，通过计算二维平面坐标系中基本矢量对应的三相开关状态矢量，以三相开关状态矢量控制三相逆变器各级联单元的工作状态，实现空间矢量调制。在逼近参考电压矢量的过程中，为了跟踪参考电压矢量的变化，必须完成开关状态矢量之间的切换。

开关状态矢量切换路径是影响输出电压瞬时值及逆变器性能的一个重要因素，传统的方法即利用基本切换(即限制每次切换只改变某一相电压，且变化一个单位电平)，实现从一个开关状态矢量到另一个开关状态矢量之间的切换，这种方法只是简单的限制了开关切换频率，没有考虑切换路径对输出电压性能的影响。且随着级联逆变单元数n的增加，切换路径的选择越复杂。

发明内容

本发明的目的是针对目前n级多电平逆变器空间矢量调制算法存在的上述问题，提出一种优化切换路径的n级多电平逆变器SVPWM算法，此算法把开关状态矢量映射到三维空间坐标中，把逼近参考电压矢量的基本矢量对应的有效的开关状态矢量定义为有效顶点，相邻开关状态矢量之间的连线定义为边，利用图论最优路径算法，构建开关状态切换路径模型，实现空间矢量调制算法。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种优化切换路径的n级多电平逆变器SVPWM算法，包括以下步骤：

第一步，传统SVPWM算法的基本矢量与开关状态矢量的映射函数为：

s.t.|a|≤n，|b|≤n，|c|≤n

基本矢量(α，β)对应开关状态矢量(a，b，c)。

第二步，根据输出电压性能指标及逆变器的要求，计算逼近参考电压矢量的基本矢量对应的有效开关状态矢量。

第三步，把开关状态矢量(a，b，c)映射到三维空间坐标中。

第四步，把三维空间坐标中有效的开关状态矢量看成顶点集。

第五步，根据SVPWM算法，用三个最近的基本矢量等效一个参考电压矢量，即对应一个参考电压矢量，有三个有效的开关状态矢量，在三维空间坐标中，这三个有效的开关状态矢量组成空间三角形，利用Hamilton有向图Christofides算法，在三个有效的开关状态矢量组成的空间三角形中建立状态空间矢量切换路径模型，实现切换路径最优。

第六步，为了跟踪参考电压矢量的变化，利用Hamilton有向图Christofides算法，建立相邻空间三角形之间的切换路径模型，实现切换路径最优。

与现有技术相比，本发明的上述方案，简化了SVPWM算法，通过改变切换路径模型可以优化输出电压指标，提高逆变器性能。

附图说明

图1是本发明的实施步骤流程图。

具体实施方式

以三级七电平逆变器为例。基本矢量(α，β)与开关状态矢量(a，b，c)之间的映射函数为：

s.t.|a|≤3，|b|≤3，|c|≤3

根据传统SVPWM算法，任意参考电压矢量(α_ref，β_ref)对应三个基本矢量(α₁，β₁)、(α₂，β₂)、(α₃，β₃)。

根据式(2)及逆变器输出电压性能指标的要求，计算基本矢量(α₁，β₁)、(α₂，β₂)、(α₃，β₃)分别对应的有效开关状态矢量(a₁，b₁，c₁)、(a₂，b₂，c₂)、(a₃，b₃，c₃)，三个开关状态矢量组出空间三角形。

利用Hamilton有向图Christofides算法，在空间三角形中建立状态空间矢量切换路径模型，实现三角形内三个顶点矢量之间的切换路径最优。

为了跟踪参考矢量的变化，利用Hamilton有向图Christofides算法，在相邻空间三角形之间建立状态空间矢量切换路径模型，实现切换路径最优。

Claims (6)

1.一种优化切换路径的n级多电平逆变器SVPWM方法，其特征在于：基于三维状态空间矢量坐标的级联多电平逆变器空间矢量调制技术，把开关状态矢量映射到三维空间坐标中，把逼近参考电压矢量的基本矢量对应的有效的开关状态矢量定义为有效顶点，相邻开关状态矢量之间的连线定义为边，利用Hamilton有向图Christofides算法优化开关状态矢量切换路径模型。

2.如权利要求1所述的一种优化切换路径的n级多电平逆变器SVPWM方法，其特征在于把基本矢量(α，β)对应的开关状态矢量(a，b，c)映射到三维空间坐标中，基本矢量与开关状态矢量的映射函数为：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\α}=\frac{1}{3}\left(2a-b-c\right)\\ \mathrm{\β}=\frac{\sqrt{3}}{3}\left(b-c\right)\end{array}\right.---\left(1\right)$

s.t.|a|≤n，|b|≤n，|c|≤n。

3.如权利要求1所述的一种优化切换路径的n级多电平逆变器SVPWM方法，其特征在于根据输出电压性能指标及逆变器的要求，计算逼近参考电压矢量的基本矢量对应的有效开关状态矢量。

4.如权利要求1所述的一种优化切换路径的n级多电平逆变器SVPWM方法，其特征在于逼近任意参考电压矢量对应的三个有效开关状态矢量组成空间三角形，利用Hamilton有向图Christofides算法，在空间三角形的三个顶点矢量之间，构建状态空间矢量切换路径模型，实现切换路径最优。

5.如权利要求1所述的一种优化切换路径的n级多电平逆变器SVPWM方法，其特征在于为了跟踪参考电压矢量的变化，利用Hamilton有向图Christofides算法，构建相邻空间三角形之间的切换路径模型，实现切换路径最优。

6.如权利要求1所述的一种优化切换路径的n级多电平逆变器SVPWM方法，其特征在于利用Hamilton有向图Christofides算法构建空间三角形的三个顶点矢量之间的切换路径以及三角形之间的切换路径，所得到的开关状态矢量切换路径即为n级多电平逆变器SVPWM方法开关状态矢量的切换路径。