CN106385192B - 三电平四桥臂逆变器控制方法 - Google Patents

三电平四桥臂逆变器控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种三电平四桥臂逆变器控制方法，包括：获取调制系数和参考矢量旋转角度；根据所述调制系数和所述参考矢量旋转角度，利用虚拟矢量方法获取前三桥臂的相占空比值；根据所述前三桥臂的相占空比值，依据满足所述三电平四桥臂逆变器的中点电位平衡和三相输出电压对称的要求，求取第四桥臂的相占空比值。通过本发明实施例的技术方案，节省计算成本，能够在平衡负载和非平衡负载下控制中点电位平衡，保证三相输出电压对称。

Description

三电平四桥臂逆变器控制方法
技术领域
本发明涉及电力控制领域，具体而言，涉及一种三电平四桥臂逆变器控制方法。
背景技术
三电平逆变器与传统的两电平逆变器相比具有输出功率大和输出电能质量高等优势，从而得到了广泛的应用，但是，中点箝位型(neutral-point-clamped，NPC)三电平逆变器存在着中点电位偏移和振荡问题，在大功率不对称系统中，控制方法复杂，难以实现。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题中的至少一个，提出了一种数学模型简化，计算简单的逆变器控制方法，具体地，本发明提供了一种三电平四桥臂逆变器控制方法，包括获取调制系数m和参考矢量旋转角度θ；根据所述调制系数和所述参考矢量旋转角度，利用虚拟矢量方法获取前三桥臂的相占空比值；根据所述前三桥臂的相占空比值，依据满足所述三电平四桥臂逆变器的中点电位平衡和三相输出电压对称的要求，求取第四桥臂的相占空比值。
进一步地，利用虚拟矢量方法获取前三桥臂的相占空比值的步骤具体包括，采用最近三虚拟矢量法求取前三桥臂的相占空比值，其中最近三虚拟矢量法中第一扇区中采用的虚拟矢量定义为：虚拟零矢量VZ0＝V0(ooo)，虚拟小矢量VZS1＝1/2VS1(onn)+1/2VS1(poo)，VZS2＝1/2VS2(oon)+1/2VS2(ppo)，虚拟中矢量VZM＝1/3VS1(onn)+1/3VS2(ppo)+1/3VM(pon)，虚拟大矢量VZL1＝VL1(pnn)，VZL2＝VL2(ppn)，其中，VS1(onn)和VS1(poo)分别表示基本小矢量VS1的onn和poo状态，VS2(oon)和VS2(ppo)分别表示基本小矢量VS2的oon和ppo状态，VM(pon)表示基本中矢量VM的pon状态，VL1(pnn)表示基本大矢量VL1的pnn状态，VL2(ppn)表示基本大矢量VL2的ppn状态，V0(ooo)表示基本零矢量V0的ooo状态。
进一步地，所述利用虚拟矢量方法获取前三桥臂的相占空比值的步骤包括，根据所述调制系数和所述参考矢量旋转角度，利用下式求取所述三电平四桥臂逆变器中的第一桥臂的相占空比值：
Figure GDA0002113983470000011
其中dp1为所述第一桥臂对应p状态的占空比；在dp1基础上相移180度获取所述第一桥臂对应n状态的占空比dn1，利用do1＝1-dp1-dn1获取所述第一桥臂对应o状态的占空比；将所述第一桥臂占空比求取公式中参考矢量旋转角度θ进行相移120度获取所述三电平四桥臂逆变器中的第二桥臂对应各状态的占空比值；将所述第一桥臂占空比求取公式中参考矢量旋转角度θ进行相移240度获取所述三电平四桥臂逆变器中的第三桥臂对应各状态的占空比值。
进一步地，所述利用虚拟矢量方法获取前三桥臂的相占空比值的步骤包括，根据所述调制系数和所述参考矢量旋转角度，利用下式获取所述第一桥臂各状态对应的占空比：
Figure GDA0002113983470000021
根据所述调制系数和所述参考矢量旋转角度，利用下式获取所述第二桥臂各状态对应的占空比：
Figure GDA0002113983470000022
其中，dp2为所述第二桥臂对应p状态的占空比，dn2为所述第二桥臂对应n状态的占空比；利用所述第二桥臂对应p状态的占空比dp2和对应n状态的占空比dn2，利用do2＝1-dp2-dn2获取所述第二桥臂对应o状态的占空比；
根据所述调制系数和所述参考矢量旋转角度，利用下式获取所述第三桥臂各状态对应的占空比：
Figure GDA0002113983470000023
其中，dp3为所述第三桥臂对应p状态的占空比，dn3为所述第三桥臂对应n状态的占空比；利用所述第三桥臂对应p状态的占空比dp3和对应n状态的占空比dn3，利用do3＝1-dp3-dn3获取所述第三桥臂对应o状态的占空比。
进一步地，所述求取第四桥臂的相占空比值的步骤具体包括，由中点电位平衡控制要求获取第四桥臂对应o状态的占空比do4，由三相输出电压对称要求和占空比do4获取所述第四桥臂对应p状态占空比dp4和所述第四桥臂对应n状态占空比dn4。
进一步地，求取所述第四桥臂对应o状态的占空比do4的步骤包括，按照下式求取do4，do4＝1/2dS1+1/2dS2，其中dS1为基本小矢量VS1对应的占空比，dS2为基本小矢量VS2对应的占空比；求取所述第四桥臂对应p状态的占空比dp4和所述第四桥臂对应n状态的占空比dn4的步骤包括，使dp4和dn4满足
Figure GDA0002113983470000031
和dp4+do4+dn4＝1的步骤，其中dp1、dp2、dp3分别为第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂对应p状态的占空比，dn1、dn2、dn3为第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂对应n状态的占空比。
进一步地，所述求取第四桥臂的相占空比值的步骤包括，根据下式获取第四桥臂对应p状态的占空比dp4和对应n状态的占空比dn4，
Figure GDA0002113983470000032
Figure GDA0002113983470000033
根据所述第四桥臂对应p状态占空比dp4和对应n状态占空比dn4，利用式do4＝1-dp4-dn4获取所述第四桥臂对应o状态的占空比do4。
进一步地，还包括：与载波比较，获取所述三电平四桥臂逆变器中的功率控制器件的开关脉冲信号的步骤。
进一步地，获取所述开关脉冲信号的步骤具体包括，将单一桥臂对应n状态的占空比乘以采样周期作为第一调制波，将单一桥臂对应o状态的占空比与对应n状态的占空比的和乘以所述采样周期作为第二调制波，设置三角载波的幅值为采样周期，三角载波的周期是采样周期的二倍，将所述第一调制波和所述第二调制波分别与三角载波比较，当所述第一调制波和所述第二调制波大于所述三角载波的值时，输出0，当所述第一调制波和所述第二调制波小于三角载波的值时，输出1，获取第一比较结果和第二比较结果，将所述第一比较结果和第二比较结果相加获取所述单一桥臂的状态，根据所述单一桥臂状态获取所述单一桥臂上开关器件的脉冲序列。
通过上述实施例的技术方案，由于采用了解耦降维策略，将前三桥臂与第四桥臂分开控制，简化了计算方法，采用了虚拟矢量控制方式，减少了四个桥臂对中点电位的影响，保证了输出电压的稳定性。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1为本发明一种三电平四桥臂逆变器控制方法实施例的流程示意图；
图2本发明实施例中三电平四桥臂逆变器的结构示意图；
图3为本发明实施例中最近三虚拟矢量法的矢量定义示意图；
图4为本发明实施例中新选虚拟矢量法的矢量定义示意图；
图5为本发明实施例在平衡负载情况下的中点电位波形示意图；
图6为本发明实施例在平衡负载情况下三相电压输出波形示意图；
图7为本发明实施例在不平衡负载情况下的中点电位波形示意图；
图8为本发明实施例在不平衡负载情况下三相电压输出波形示意图；
图9为本发明实施例在负载变动情况下的中点电位波形示意图；
图10为本发明实施例在负载变动情况下三相电压输出波形示意图；
图11为本发明实施例在负载变动情况下三相电流输出波形示意图；
图12为本发明实施例求取桥臂开关序列示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例一
如图1所示，本发明实施例提供了一种三电平四桥臂逆变器控制方法，包括以下步骤：
S101获取调制系数m和参考矢量旋转角度θ。
S102根据所述调制系数和所述参考矢量旋转角度，利用虚拟矢量方法获取前三桥臂的相占空比值。
S103根据所述前三桥臂的相占空比值，依据满足所述三电平四桥臂逆变器的中点电位平衡和三相输出电压对称的要求，求取第四桥臂的相占空比值。本发明先采用虚拟矢量方法获取前三桥臂的各状态占空比，然后根据前三桥臂的各状态占空比，利用中点电位平衡和三相输出电压对称的要求，求取第四桥臂对应的占空比，这时，由于采用了解耦控制，使得求取第四桥臂的占空比计算简化，减小了计算的维度。
本发明实施例中的逆变器控制方法，可对图2中的逆变器进行控制，如图2所示，图中，Vdc为直流母线电压；C1，C2为直流母线电容；Dj1，Dj2(j＝A，B，C，N)为钳位二极管；Sj1～Sj4(j＝A，B，C，N)为功率开关器件；O为直流母线中点；A，B，C，N为四个桥臂的输出端。
当开关管SA1，SA2导通，SA3，SA4关断时，桥臂输出端A连接于直流电源的正极性端，输出电压vAO＝Vdc/2，定义此时的桥臂状态为p；当开关管SA2，SA3导通，SA1，SA4关断时，桥臂输出端A连接于直流母线中点，输出电压vAO＝0，定义此时的桥臂状态为o；当开关管SA3，SA4导通，SA1，SA2关断时，桥臂输出端A连接于直流电源的负极性端，输出电压vAO＝-Vdc/2，定义此时的桥臂状态为n。同理定义B、C、N相的桥臂状态。
本发明实施例中可采用最近三虚拟矢量法求取前三桥臂的相占空比值，其中最近三虚拟矢量法中第一扇区中采用的虚拟矢量定义为：虚拟零矢量VZ0＝V0(ooo)，虚拟小矢量VZS1＝1/2VS1(onn)+1/2VS1(poo)，VZS2＝1/2VS2(oon)+1/2VS2(ppo)，虚拟中矢量VZM＝1/3VS1(onn)+1/3VS2(ppo)+1/3VM(pon)，虚拟大矢量VZL1＝VL1(pnn)，VZL2＝VL2(ppn)，其中，VS1(onn)和VS1(poo)分别表示基本小矢量VS1的onn和poo状态，VS2(oon)和VS2(ppo)分别表示基本小矢量VS2的oon和ppo状态，VM(pon)表示基本中矢量VM的pon状态，VL1(pnn)表示基本大矢量VL1的pnn状态，VL2(ppn)表示基本大矢量VL2的ppn状态，V0(ooo)表示基本零矢量V0的ooo状态，其中onn状态表示第一桥臂为o状态，第二桥臂为n状态，第三桥臂为n状态，其他的poo状态、oon状态、ppo状态等可参考上述定义。
本发明实施例中还可采用新选虚拟矢量法求取前三桥臂的相占空比值，其中新选虚拟矢量法中第一扇区中采用的虚拟矢量定义为：虚拟零矢量VZ0＝V0(ooo)；虚拟小矢量VZS1＝1/2VS1(onn)+1/2VS1(poo)，VZS2＝1/2VS2(oon)+1/2VS2(ppo)；虚拟中矢量VZM＝1/2VS1(pnn)+1/2VS2(ppn)；虚拟大矢量VZL1＝VL1(pnn)，VZL2＝VL2(ppn)，其中，VS1(onn)和VS1(poo)分别表示基本小矢量VS1的onn和poo状态，VS2(oon)和VS2(ppo)分别表示基本小矢量VS2的oon和ppo状态，VM(pon)表示基本中矢量VM的pon状态，VL1(pnn)表示基本大矢量VL1的pnn状态，VL2(ppn)表示基本大矢量VL2的ppn状态，V0(ooo)表示基本零矢量V0的ooo状态。
本发明实施例中采用虚拟矢量的方法获取前三桥臂的各状态占空比，得到如下通式，将调制系数m和参考矢量旋转角度θ代入下式中，求取出所述三电平四桥臂逆变器中的第一桥臂p状态的相占空比值：
Figure GDA0002113983470000051
其中dp1为所述第一桥臂对应p状态的占空比，对于o状态和n状态的占空比，可将上式做如下处理，参考矢量旋转角度θ进行相移180度，这时的通式对应n状态的占空比求取公式，再通过下式do1＝1-dp1-dn1计算出所述第一桥臂对应o状态的占空比；对于第二桥臂和第三桥臂的各状态的占空比，将所述第一桥臂占空比求取公式中参考矢量旋转角度θ进行相移120度获取所述三电平四桥臂逆变器中的第二桥臂对应各状态的占空比求取公式，将调制系数m和参考矢量旋转角度θ代入相移120度后的占空比求取公式中得到第二桥臂对应各状态的占空比值；同理，将所述第一桥臂占空比求取公式中参考矢量旋转角度θ进行相移240度获取所述三电平四桥臂逆变器中的第三桥臂对应各状态的占空比求取公式，根据调制系数m和参考矢量旋转角度θ求出第三桥臂对应各状态的占空比值。
本发明实施例中，求取第一桥臂占空比的公式如下：
Figure GDA0002113983470000052
通过调制系数和旋转角度，代入上式中，获得第一桥臂的对应n状态和p状态的占空比值，而通过do1＝1-dn1-dp1获取对应o状态的占空比值。
本发明实施例中对应所述第二桥臂各状态对应的占空比求取公式为：
Figure GDA0002113983470000061
其中，dp2为所述第二桥臂对应p状态的占空比，dn2为所述第二桥臂对应n状态的占空比，所述第二桥臂对应o状态的占空比do2＝1-dp2-dn2，代入调制系数和旋转角度，求出第二桥臂各状态的占空比值。
同理，所述第三桥臂各状态对应的占空比公式为：
Figure GDA0002113983470000062
其中，dp3为所述第三桥臂对应p状态的占空比，dn3为所述第三桥臂对应n状态的占空比，所述第三桥臂对应o状态的占空比do3＝1-dp3-dn3，类似获取第一和第二桥臂的占空比的方法来获取第三桥臂的占空比值。
本发明实施例中所述求取所述第四桥臂的相占空比值的步骤具体包括，由中点电位平衡控制要求获取第四桥臂对应o状态的占空比do4，由三相输出电压对称要求和占空比do4获取所述第四桥臂对应p状态占空比dp4和所述第四桥臂对应n状态占空比dn4。这样，通过三相输出电压对称的要求和中点电位平衡的要求，增加了求取第四桥臂的占空比的限制条件，仅通过前三桥臂的占空比即可快速简单地获得第四桥臂的占空比。
本发明实施例中求取所述第四桥臂对应o状态的占空比do4的步骤包括，按照下式求取do4，do4＝1/2dS1+1/2dS2，其中dS1为基本小矢量VS1对应的占空比，dS2为基本小矢量VS2对应的占空比；求取所述第四桥臂对应p状态的占空比dp4和所述第四桥臂对应n状态的占空比dn4的步骤包括，使dp4和dn4满足
Figure GDA0002113983470000063
和dp4+do4+dn4＝1的步骤，其中dp1、dp2、dp3分别为第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂对应p状态的占空比，dn1、dn2、dn3为第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂对应n状态的占空比。
本发明实施例中求取第四桥臂的占空比的步骤包括，根据下式获取第四桥臂对应p状态的占空比dp4和对应n状态的占空比dn4，
Figure GDA0002113983470000071
所述第四桥臂对应o状态的占空比do4＝1-dp4-dn4，将调制系数和参考矢量旋转角度代入上式中，获得第四桥臂的占空比值。
本发明实施例还包括：S104将占空比对应的调制波与载波比较，获取所述三电平四桥臂逆变器中的功率控制器件的开关脉冲信号的步骤。获取所述开关脉冲信号的步骤具体包括，将相占空比dni和(doi+dni)(i＝1,2,3,4)分别乘以采样周期作为两个调制波，三角载波的幅值为采样周期，三角载波的周期是采样周期的2倍，将两个调制波分别与三角载波比较，当调制波大于三角载波时，输出0，当调制波小于三角载波时，输出1，将两种比较结果相加，得到四个桥臂的开关状态，即将单一桥臂对应n状态的占空比乘以采样周期作为第一调制波，将单一桥臂对应o状态的占空比与对应n状态的占空比的和乘以所述采样周期作为第二调制波，设置三角载波的幅值为采样周期，三角载波的周期是采样周期的二倍，将所述第一调制波和所述第二调制波分别与三角载波比较，当所述第一调制波和所述第二调制波大于所述三角载波的值时，输出0，当所述第一调制波和所述第二调制波小于三角载波的值时，输出1，获取第一比较结果和第二比较结果，将所述第一比较结果和第二比较结果相加获取所述单一桥臂的状态，根据所述单一桥臂状态获取所述单一桥臂上开关器件的脉冲序列。
实施例二
如图2所示，本发明实施例中的三电平四桥臂逆变器包括四个桥臂，每个桥臂上有四个开关器件，本发明实施例中采用了两种虚拟矢量方法求取前三桥臂的占空比值，说明如下：
最近三虚拟矢量法(nearest three virtual vector，NTV2)在第一扇区的空间矢量分布如图3所示。各个虚拟矢量的定义如下：虚拟零矢量VZ0＝V0(ooo)；虚拟小矢量VZS1＝1/2VS1(onn)+1/2VS1(poo)，VZS2＝1/2VS2(oon)+1/2VS2(ppo)；虚拟中矢量VZM＝1/3VS1(onn)+1/3VS2(ppo)+1/3VM(pon)；和虚拟大矢量VZL1＝VL1(pnn)，VZL2＝VL2(ppn)。其中，VS1(onn)和VS1(poo)分别表示基本小矢量VS1的onn和poo状态，VS2(oon)和VS2(ppo)分别表示基本小矢量VS2的oon和ppo状态，VM(pon)表示基本中矢量VM的pon状态，VL1(pnn)表示基本大矢量VL1的pnn状态，VL2(ppn)表示基本大矢量VL2的ppn状态。通过观察仿真波形，得到用数学公式表达的相占空比简单形式。
新选虚拟矢量法(new selected virtual vector，NSV2)在第一扇区的空间矢量分布如图4所示。各个虚拟矢量的定义如下：虚拟零矢量VZ0＝V0(ooo)；虚拟小矢量VZS1＝1/2VS1(onn)+1/2VS1(poo)，VZS2＝1/2VS2(oon)+1/2VS2(ppo)；虚拟中矢量VZM＝1/2VS1(pnn)+1/2VS2(ppn)；虚拟大矢量VZL1＝VL1(pnn)，VZL2＝VL2(ppn)。根据虚拟矢量的定义，可以得到第一扇区不同小三角形中的三相桥臂相占空比。比如，当参考矢量位于2号小三角形中时，相占空比如下：
Figure GDA0002113983470000081
其中，dpi、doi和dni分别为第i(i＝1,2,3)桥臂p、o和n状态的作用时间占空比，基本小矢量VS1、VS2和中矢量VM的作用时间占空比dS1、dS2和dM为
Figure GDA0002113983470000082
其中，m为调制系数，θ为参考矢量Vref旋转角度。
由式(1)和(2)得到在第一扇区的2号小三角形中，NSV2方法的相占空比表达式与NTV2方法是一致。同理，可以推导出在其它小三角形和扇区中，NSV2方法的相占空比表达式与NTV2方法也是一致的。
经过总结归纳得到前三桥臂的相占空比简化公式为
Figure GDA0002113983470000083
Figure GDA0002113983470000091
Figure GDA0002113983470000092
Figure GDA0002113983470000093
Figure GDA0002113983470000094
dn1的表达式在dp1的基础上，相移180度。B相和C相的表达式在A相基础上，依次相移120度和240度。
由此可见，两种虚拟矢量方法虽然在小三角形划分、虚拟矢量定义，基本矢量作用时间占空比等方面不同，但是两种方法所得到的相占空比表达式是相同的，所以两种方法的触发脉冲相同，输出电压相同。同时由于两种方法中定义的虚拟矢量对中点电位都没有影响，因此都具备中点电位平衡控制能力。
基于解耦降维策略，将前三桥臂与第四桥臂分开控制，前三桥臂采用上述虚拟矢量控制方式，直接利用相占空比通用公式实现简化控制。第四桥臂的开关状态根据中点电位平衡和三相输出电压对称控制要求进行选择。
四桥臂逆变器的输出电流iA、iB、iC和iN满足下式：
iA+iB+iC+iN＝0 (4)
由式(4)和前三桥臂的开关状态占空比确定第四桥臂的相占空比do4。
比如，当参考矢量Vref位于第一扇区的2号小三角形中时，开关状态onn、poo、oon、ppo、ppn和pnn的占空比分别为1/2dS1、1/2dS1、1/2dS2、1/2dS2、1/2dM和1/2dM，由中点电位平衡控制要求得到：do4＝1/2dS1+1/2dS2。
当三相输出电压对称时，逆变器输出电压VA、VB、VC和VN满足下式：
Figure GDA0002113983470000101
将相占空比dpi、doi和dni(i＝1,2,3,4)代入(5)中，得到
Figure GDA0002113983470000102
同时，dp4、do4和dn4满足下式：
dp4+do4+dn4＝1 (7)
基于式(6)、(7)和do4得到第四桥臂相占空比dp4和dn4分别为：
Figure GDA0002113983470000103
Figure GDA0002113983470000104
通过判断参考矢量旋转角度θ所在的区间，结合式(3)、(8)和(9)，选择四个桥臂对应的相占空比表达式，再与载波比较，即可得到控制功率器件通断的脉冲信号。其中，将相占空比dni和(doi+dni)(i＝1,2,3,4)分别乘以采样周期作为两个调制波，三角载波的幅值为采样周期，三角载波的周期是采样周期的2倍，将两个调制波分别与三角载波比较，当调制波大于三角载波时，输出0，当调制波小于三角载波时，输出1，将两种比较结果相加，得到四个桥臂的开关状态，根据前文所述桥臂状态与开关管通断之间的关系，得到控制功率器件通断的脉冲信号。
将单一桥臂对应n状态的占空比乘以采样周期作为第一调制波，将单一桥臂对应o状态的占空比与对应n状态的占空比的和乘以所述采样周期作为第二调制波，设置三角载波的幅值为采样周期，三角载波的周期是采样周期的二倍，将所述第一调制波和所述第二调制波分别与三角载波比较，当所述第一调制波和所述第二调制波大于所述三角载波的值时，输出0，当所述第一调制波和所述第二调制波小于三角载波的值时，输出1，获取第一比较结果和第二比较结果，将所述第一比较结果和第二比较结果相加获取所述单一桥臂的状态，根据所述单一桥臂状态获取所述单一桥臂上开关器件的脉冲序列。
以第一桥臂为例进行说明。将相占空比dn1和do1+dn1分别乘以采样周期Ts，得到两个调制波dn1.Ts和(do1+dn1).Ts，如图12所示。三角载波的幅值为Ts，三角载波的周期为2Ts，将以上两个调制波分别与该三角载波比较，当调制波大于三角载波时，输出0，当调制波小于三角载波时，输出1。将以上两种比较结果相加，得到第一桥臂的开关状态Sa。当Sa＝2时，开关管SA1，SA2导通，SA3，SA4关断；当Sa＝1时，开关管SA2，SA3导通，SA1，SA4关断；当Sa＝0时，开关管SA3，SA4导通，SA1，SA2关断。根据第一桥臂开关状态Sa的取值，得到控制第一桥臂四个功率器件通断的四路脉冲信号。
应用Matlab/Simulink软件，对本发明实施例中的控制方法进行了验证，系统参数为：直流母线电压Vdc为800V，直流母线电容为470μF，采样频率为5kHz，对应采样周期Ts为1/5000秒，调制系数m为0.8，负载有两组，分别为；1)A相：12Ω，B相：12Ω，C相：12Ω；2)A相：12Ω；B相：12Ω；C相：6Ω。
图5为平衡负载情况下中点电位波形，图6为平衡负载下三相输出波形，图7为不平衡负载下中点电位波形，图8为不平衡负载下三相输出电压波形，由图可以看出，在平衡和不平衡负载作用下，系统均能有效抑制中点电位偏移，保证三相输出电压对称。基于扇区判断和矢量计算的传统三电平四桥臂逆变器控制方法得到的仿真结果与本文所提简化算法一致，波形不再重复列出。
进一步分析系统的动态性能，在0.04s时刻，将C相负载由12Ω切换为6Ω。图9为负载变动时的中点电位波形；图10为负载变动时的三相输出电压波形；图11为负载变动时的三相电流波形。
由图9可以看出，负载由12Ω切换为6Ω期间，中点电位仍然保持平衡，响应速度较快；由图10可以看出，负载由12Ω切换为6Ω期间，三相输出电压过渡过程平稳，三相电压保持对称输出；由图11可以看出，负载由12Ω切换为6Ω期间，三相电流由对称变为不对称，很快过渡到正常值稳定性运行。
本发明实施例针对三电平四桥臂逆变器的运行控制问题，本发明实施例分析了两种虚拟矢量调制方式之间的联系，给出了四个桥臂相占空比通用公式，具有以下优点：无需扇区和小三角形判断，根据参考矢量旋转角度即可得到对应的相占空比，降低了控制系统的复杂程度；在任意负载作用下，中点电位都能保持平衡；三相输出电压对称，稳定性好。
在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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。凡在本发明的精神和原则之内，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 (7)

1.一种三电平四桥臂逆变器控制方法，其特征在于，包括：
获取调制系数m和参考矢量旋转角度θ；
根据所述调制系数和所述参考矢量旋转角度，利用虚拟矢量方法获取前三桥臂的相占空比值；
根据所述前三桥臂的相占空比值，依据满足所述三电平四桥臂逆变器的中点电位平衡和三相输出电压对称的要求，求取第四桥臂的相占空比值。
2.根据权利要求1所述的三电平四桥臂逆变器控制方法，其特征在于，利用虚拟矢量方法获取前三桥臂的相占空比值的步骤具体包括，采用最近三虚拟矢量法求取前三桥臂的相占空比值，其中最近三虚拟矢量法中第一扇区中采用的虚拟矢量定义为：虚拟零矢量VZ0＝V0(ooo)，虚拟小矢量VZS1＝1/2VS1(onn)+1/2VS1(poo)，VZS2＝1/2VS2(oon)+1/2VS2(ppo)，虚拟中矢量VZM＝1/3VS1(onn)+1/3VS2(ppo)+1/3VM(pon)，虚拟大矢量VZL1＝VL1(pnn)，VZL2＝VL2(ppn)，其中，VS1(onn)和VS1(poo)分别表示基本小矢量VS1的onn和poo状态，VS2(oon)和VS2(ppo)分别表示基本小矢量VS2的oon和ppo状态，VM(pon)表示基本中矢量VM的pon状态，VL1(pnn)表示基本大矢量VL1的pnn状态，VL2(ppn)表示基本大矢量VL2的ppn状态，V0(ooo)表示基本零矢量V0的ooo状态。
3.根据权利要求1-2中任一所述的三电平四桥臂逆变器控制方法，其特征在于，所述利用虚拟矢量方法获取前三桥臂的相占空比值的步骤包括，根据所述调制系数和所述参考矢量旋转角度，利用下式求取所述三电平四桥臂逆变器中的第一桥臂的相占空比值：
Figure FDA0002214056010000011
其中dp1为所述第一桥臂对应p状态的占空比；在dp1基础上相移180度获取所述第一桥臂对应n状态的占空比dn1，利用do1＝1-dp1-dn1获取所述第一桥臂对应o状态的占空比；将所述第一桥臂占空比求取公式中参考矢量旋转角度θ进行相移120度获取所述三电平四桥臂逆变器中的第二桥臂对应各状态的占空比值；将所述第一桥臂占空比求取公式中参考矢量旋转角度θ进行相移240度获取所述三电平四桥臂逆变器中的第三桥臂对应各状态的占空比值。
4.根据权利要求1所述的三电平四桥臂逆变器控制方法，其特征在于，所述求取第四桥臂的相占空比值的步骤具体包括，由中点电位平衡控制要求获取第四桥臂对应o状态的占空比do4，由三相输出电压对称要求和占空比do4获取所述第四桥臂对应p状态占空比dp4和所述第四桥臂对应n状态占空比dn4。
5.根据权利要求4所述的三电平四桥臂逆变器控制方法，其特征在于，求取所述第四桥臂对应o状态的占空比do4的步骤包括，按照下式求取do4，do4＝1/2dS1+1/2dS2，其中dS1为基本小矢量VS1对应的占空比，dS2为基本小矢量VS2对应的占空比；求取所述第四桥臂对应p状态的占空比dp4和所述第四桥臂对应n状态的占空比dn4的步骤包括，使dp4和dn4满足
Figure FDA0002214056010000021
i＝1,2,3和dp4+do4+dn4＝1的步骤，其中dp1、dp2、dp3分别为第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂对应p状态的占空比，dn1、dn2、dn3为第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂对应n状态的占空比。
6.根据权利要求1-2任一所述的三电平四桥臂逆变器控制方法，其特征在于，还包括：将占空比与载波比较，获取所述三电平四桥臂逆变器中的功率控制器件的开关脉冲信号的步骤。
7.根据权利要求6所述的三电平四桥臂逆变器控制方法，其特征在于，获取所述开关脉冲信号的步骤具体包括，将单一桥臂对应n状态的占空比乘以采样周期作为第一调制波，将单一桥臂对应o状态的占空比与对应n状态的占空比的和乘以所述采样周期作为第二调制波，设置三角载波的幅值与采样周期的数量值相等，三角载波的周期是采样周期的二倍，将所述第一调制波和所述第二调制波分别与三角载波比较，当所述第一调制波和所述第二调制波大于所述三角载波的值时，输出0，当所述第一调制波和所述第二调制波小于三角载波的值时，输出1，获取第一比较结果和第二比较结果，将所述第一比较结果和第二比较结果相加获取所述单一桥臂的状态，根据所述单一桥臂状态获取所述单一桥臂上开关器件的脉冲序列，其中，所述第一比较结果为采用上述方法将所述第一调制波和所述三角载波进行比较获取的结果，所述第二比较结果为采用上述方法将所述第二调制波和所述三角载波进行比较获取的结果。
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