CN105490575B - 拉伸αβ坐标系多电平变流器零序电压优化控制方法 - Google Patents

拉伸αβ坐标系多电平变流器零序电压优化控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种拉伸αβ坐标系多电平变流器零序电压优化控制方法。该控制方法首先利用αβ坐标系下各电平矢量的纵横相对坐标值之差分别为1/3和整数倍这一特征，提出了一种将αβ坐标系的α坐标值拉伸为原值的3倍，将β坐标值拉伸为原值的倍来构建新型mn坐标系。基于mn坐标系，在引入零序电压约束条件的基础上，设计了一种与多电平的电平数无关且能确保零序电压的值在单级电平1/3范围内的快速零序电压优化控制方法。本发明公开的多电平变流器零序电压优化控制方法，使参考电压矢量所在扇区的定位、空间矢量的作用时间计算和多电平电路输出状态的求解变得非常简单，只需进行简单的四则运算和比较运算，方法快速性好，适合于在线数字实现。

Description

拉伸αβ坐标系多电平变流器零序电压优化控制方法
技术领域
本发明主要涉及一种零序电压优化控制方法，特别涉及一种基于拉伸αβ坐标系多电平变流器零序电压优化控制方法。
背景技术
多电平变流器拥有实现高压大容量变换器的独特优势，采用多电平变换技术已成为实现高压大容量变换器的重要途径和方法。但由于多电平变流器各相输出电压都是单级电平E的整倍数，使得无法多电平变流器在本质上无法避免零序分量的产生，而零序电压分量会在电机类负载中形成共模电压，并通过电机内部寄生回路产生的共模电流进而造成电机轴承和绕组绝缘的损坏，对于由多电平变流器组成的高压大功率的变流器来说，这样的负面效应更加明显。目前主要有一下几种改进措施：
(1)通过增加硬件设备，如无、有源滤波器等，这些方法虽然有着一定的效果，但是都需要投入大量的硬件设备，增加装置的体积以及维护成本。
(2)通过控制零矢量的输出，来抑制两电平逆变器的共模电压。该方法在合成参考电压矢量时不采用零序电压峰值较大的零矢量，取而代之以两个大小相等，方向相反的基本电压矢量来合成零矢量。这种方法能够降低逆变器输出的零序电压峰值，但是破坏了SVPWM控制方法中两相空间矢量和零序电压分量这两个控制指标之间的独立性，且不适合于高电平数的逆变器系统。另外，该方法会使两个功率器件同时发生开关动作，从而导致线电压在半周期内出现反极性的电压脉冲，引起转矩脉动。
(3)基于45°坐标系下利用调制方法对多电平变流器输出的零序电压进行抑制，但在方法实现过程中需要在每次计算过程中乘以一个系数为无理数的旋转矩阵，且在该坐标系下求取abc坐标系下多电平变流器输出状态比较繁琐。
综上所述，现有的多电平零序电压的优化控制方案中，需要投入大量的硬件设备和破坏SVPWM控制方法中两相空间矢量和零序电压分量这两个控制指标之间的独立性，均不能很好的避免多电平变流器零序电压分量的产生以及抑制由于多电平变流器的零序电压幅值所引起的共模电流。
发明内容
鉴于现有技术存在的不足，本发明提出一种拉伸αβ坐标系多电平变流器零序电压优化控制方法，该控制方法与多电平的电平数无关且能确保零序电压的值在单级电平1/3范围内。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
步骤1：将电压参考矢量和多电平空间矢量在αβ坐标系中的α坐标拉伸为原值的3倍，将β坐标拉伸为原值的倍，形成整数化坐标。
步骤2：通过判别参考矢量的坐标(mr,nr)和中间变量坐标(floor(mr),floor(nr))的关系获得由空间矢量V1V2V3V4构成正方形的中心点V0坐标值(m0,n0)，其中floor()为向下取整函数。
步骤3：判别nr与n0的大小关系，如nr＞n0，转入步骤4，否则转入步骤5。
步骤4：计算V1V2V3的坐标值及其作用时间。
步骤5：计算V1V2V4的坐标值及其作用时间。
步骤6：求取用于合成参考矢量的空间矢量m坐标与3的余数。如果两者的余数mod(m,3)＝0，则空间矢量在abc坐标系中的坐标为a＝int(m,3)，b＝a+(n-m)/2和c＝a-(n+m)/2、如果两者的余数mod(m,3)＝1，则空间矢量在abc坐标系中的坐标为a＝int(m,3)，b＝a+(n-m)/2和c＝a-(n+m)/2、如果两者的余数mod(m,3)＝2，则空间矢量在abc坐标系中的坐标为a＝int(m,3)+1，b＝a+(n-m)/2和c＝a-(n+m)/2，其中mod()为求余函数，int()取整函数。
步骤7：将具体的a、b和c数值转换为多电平电路不同桥臂的开关状态，并按由步骤4或5计算得到作用时间进行输出。
本发明的有益效果是：(1)参考电压矢量所在扇区的定位以及基本矢量的作用时间计算非常简单，只需进行简单的四则运算和比较运算，方法快速性好，适合于在线数字实现；(2)零序电压优化控制方法能确保零序电压的值在-E/3、0和E/3之间来回切换；(3)零序电压优化控制方法与多电平的电平数无关，其计算量不会随着电平数目的变化而增加。
附图说明
图1本发明的控制方法实现流程图。
图2参考矢量定位过程中出现的状况1。
图3参考矢量定位过程中出现的状况2。
图4参考矢量定位过程中出现的状况3。
图5参考矢量定位过程中出现的状况4。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
以下将结合附图及具体实施例详细说明本发明的技术方案，以便更清楚、直观地理解本发明的发明实质。
如图1所示，基于拉伸αβ坐标系多电平变流器零序电压优化方法，包括以下步骤。
步骤1：将电压参考矢量和多电平空间矢量在经典的αβ坐标系中的α坐标拉伸为原值的3倍，将β坐标拉伸为原值的倍，形成整数化坐标。
步骤2：通过判别参考矢量的坐标(mr,nr)和中间变量坐标(mt,nt)＝(floor(mr),floor(nr))的关系获得由空间矢量V1V2V3V4构成正方形的中心点V0坐标值(m0,n0)，其中表达式state＝1,2,3,4，其分别对应图2-图5所对应的四种状况，floor()为向下取整函数。
步骤3：判别nr与n0的大小关系，如nr＞n0，转入步骤4，否则转入步骤5。
步骤4：由下面两式分别计算矢量V1V2V3的坐标值及其作用时间T1，T2和T3。
步骤5：下面两式分别计算矢量V1V2V4的坐标值及其作用时间。
步骤6：求取用于合成参考矢量的空间矢量m坐标与3的余数。如果两者的余数mod(m,3)＝0，则空间矢量在abc坐标系中的坐标为a＝int(m,3)，b＝a+(n-m)/2和c＝a-(n+m)/2、如果两者的余数mod(m,3)＝1，则空间矢量在abc坐标系中的坐标为a＝int(m,3)，b＝a+(n-m)/2和c＝a-(n+m)/2、如果两者的余数mod(m,3)＝2，则空间矢量在abc坐标系中的坐标为a＝int(m,3)+1，b＝a+(n-m)/2和c＝a-(n+m)/2，其中mod()为求余函数，int()取整函数。
步骤7：将具体的a、b和c数值转换为多电平电路不同桥臂的开关状态，并按由步骤4或5计算得到作用时间进行输出。
本发明具有以下优点：(1)参考电压矢量所在扇区的定位以及基本矢量的作用时间计算非常简单，只需进行简单的四则运算和比较运算，方法快速性好，适合于在线数字实现；(2)零序电压优化控制方法能确保零序电压的值在-E/3、0和E/3之间来回切换；(3)零序电压优化控制方法与多电平的电平数无关，其计算量不会随着电平数目的变化而增加。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制其专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.拉伸αβ坐标系多电平变流器零序电压优化控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将电压参考矢量和多电平空间矢量在αβ坐标系中的α坐标值拉伸为原值的3倍，将β坐标值拉伸为原值的倍，形成整数化坐标；
步骤2：通过判别参考矢量的坐标(mr，nr)和中间变量坐标(floor(mr)，floor(nr))的关系获得由空间矢量V1V2V3V4构成正方形的中心点V0坐标值(m0，n0)，其中floor()为向下取整函数；
步骤3：判别nr与n0的大小关系，如nr＞n0，转入步骤4，否则转入步骤5；
步骤4：计算V1V2V3的坐标值及其作用时间；
步骤5：计算V1V2V4的坐标值及其作用时间；
步骤6：求取用于合成参考矢量的空间矢量m坐标与3的余数；如果两者的余数mod(m，3)＝0，则空间矢量在abc坐标系中的坐标为a＝int(m，3)，b＝a+(n-m)/2和c＝a-(n+m)/2、如果两者的余数mod(m，3)＝1，则空间矢量在abc坐标系中的坐标为a＝int(m，3)，b＝a+(n-m)/2和c＝a-(n+m)/2、如果两者的余数mod(m，3)＝2，则空间矢量在abc坐标系中的坐标为a＝int(m，3)+1，b＝a+(n-m)/2和c＝a-(n+m)/2，其中mod()为求余函数，int()取整函数；
步骤7：将具体的a、b和c数值转换为多电平电路不同桥臂的开关状态，并按由步骤4或5计算得到作用时间进行输出。
2.根据权利要求1所述的基于拉伸αβ坐标系多电平变流器零序电压优化控制方法，其特征在于，由下面两式分别计算V1V2V3的坐标值及其作用时间T1，T2和T3；
3.根据权利要求1所述的拉伸αβ坐标系多电平变流器零序电压优化控制方法，其特征在于，下面两式分别计算矢量V1V2V4的坐标值及其相对应作用时间T1、T2和T4；
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