CN107017793B - 一种三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法和系统 - Google Patents
一种三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法和系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107017793B CN107017793B CN201710302228.XA CN201710302228A CN107017793B CN 107017793 B CN107017793 B CN 107017793B CN 201710302228 A CN201710302228 A CN 201710302228A CN 107017793 B CN107017793 B CN 107017793B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- vector
- sector
- target
- sub
- short
- 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.)
- Active
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
- H02M7/487—Neutral point clamped inverters
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
本发明涉及一种三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法和系统。一种三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法，包括以下步骤：判断参考电压矢量在预先生成的电压矢量空间中所属的目标子扇区；根据所述目标子扇区选择对应的基本电压矢量；选择各个目标基本电压矢量的开关状态，根据预设的约束条件对各个目标基本电压矢量的开关状态进行排序；根据所述目标基本电压矢量、各个目标基本电压矢量的开关状态以及对各个目标基本电压矢量的开关状态的排序对所述三相交流电压进行空间矢量调制。上述三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法和系统，通过合理地选择基本电压矢量的开关状态以及开关状态的作用次序，能有效地降低开关损耗和谐波畸变率。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法和系统。
背景技术
多电平逆变电路适合大容量、高压的场合，得到了越来越多的应用，两电平和三电平逆变电路是目前比较常用的多电平逆变电路。三电平逆变电路相比于传统两电平逆变电路具有以下优点：更适应大功率、高电压的场合；降低了输出波形的谐波含量；降低了开关损耗，因此其控制手段也成为了一个热门课题。
目前三电平逆变电路的多种控制策略中，SVPWM(Space Vector Pulse WidthModulation，空间矢量脉宽调制)以瞬时空间矢量为控制量，最适合用于高动态性能的控制方法，如矢量控制、直接转矩控制等。空间矢量脉宽调制具有调制比大、能够优化输出电压波形、易于数字实现、母线电压利用率高等优点，成为人们关注的热点。但传统的三相三电平逆变电路的SVPWM控制方法开关损耗高，谐波畸变率大。
发明内容
基于此，有必要针对开关损耗高，谐波畸变率大这一问题，提供一种三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法和系统。
一种三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法，包括以下步骤：
获取三相三电平逆变电路输出的三相交流电压，对所述三相交流电压的瞬时值进行矢量变换，得到参考电压矢量，判断所述参考电压矢量在预先生成的电压矢量空间中所属的目标子扇区；其中，所述电压矢量空间包括多个扇区，各个扇区包括多个子扇区，各个子扇区由基本电压矢量对电压矢量空间进行划分而得到；
根据所述目标子扇区选择对应的基本电压矢量，作为合成所述参考电压矢量所需的目标基本电压矢量；
选择各个目标基本电压矢量的开关状态，根据预设的约束条件对各个目标基本电压矢量的开关状态进行排序；其中，所述预设的约束条件为进行开关状态变化时，开关动作次数最少，并且开关波形在单位开关周期内为对称波形；
根据所述目标基本电压矢量、各个目标基本电压矢量的开关状态以及对各个目标基本电压矢量的开关状态的排序对所述三相交流电压进行空间矢量调制。
一种三相三电平逆变电路的空间矢量调制系统，包括：
获取判断模块，获取三相三电平逆变电路输出的三相交流电压，对所述三相交流电压的瞬时值进行矢量变换，得到参考电压矢量，判断所述参考电压矢量在预先生成的电压矢量空间中所属的目标子扇区；其中，所述电压矢量空间包括多个扇区，各个扇区包括多个子扇区，各个子扇区由基本电压矢量对电压矢量空间进行划分而得到；
选择模块，根据所述目标子扇区选择对应的基本电压矢量，作为合成所述参考电压矢量所需的目标基本电压矢量；
排序模块，选择各个目标基本电压矢量的开关状态，根据预设的约束条件对各个目标基本电压矢量的开关状态进行排序；其中，所述预设的约束条件为进行开关状态变化时，开关动作次数最少，并且开关波形在单位开关周期内为对称波形；
调制模块，根据所述目标基本电压矢量、各个目标基本电压矢量的开关状态以及对各个目标基本电压矢量的开关状态的排序对所述三相交流电压进行空间矢量调制。
上述三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法和系统，通过扇区划分找到参考电压矢量所在扇区，在所在扇区中选择基本电压矢量，又通过合理地选择基本电压矢量的开关状态以及开关状态的作用次序，有效地降低了开关损耗和谐波畸变率。
附图说明
图1为本发明一个实施例的一种三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法的流程图；
图2为本发明的三相三电平逆变电路图；
图3为本发明的三相三电平空间矢量脉宽调制方法的一个子扇区的开关波形图；
图4为本发明的三相三电平空间矢量脉宽调制方法的扇区划分及基本电压矢量示意图；
图5为本发明另一个实施例的三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法的流程图；
图6为为本发明的三相三电平空间矢量脉宽调制方法的扇区划分及基本电压矢量示意图；
图7为为本发明的三相三电平空间矢量脉宽调制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明一种三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法和一种三相三电平逆变电路的空间矢量调制系统作详细描述。
其中，如图1所示，一种三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法，包括以下步骤：
S11：获取三相三电平逆变电路输出的三相交流电压，对所述三相交流电压的瞬时值进行矢量变换，得到参考电压矢量，判断所述参考电压矢量在预先生成的电压矢量空间中所属的目标子扇区；其中，所述电压矢量空间包括多个扇区，各个扇区包括多个子扇区，各个子扇区由基本电压矢量对电压矢量空间进行划分而得到；
S12：根据所述目标子扇区选择对应的基本电压矢量，作为合成所述参考电压矢量所需的目标基本电压矢量；
S13：选择各个目标基本电压矢量的开关状态，根据预设的约束条件对各个目标基本电压矢量的开关状态进行排序；其中，所述预设的约束条件为进行开关状态变化时，开关动作次数最少，并且开关波形在单位开关周期内为对称波形；
S14：根据所述目标基本电压矢量、各个目标基本电压矢量的开关状态以及对各个目标基本电压矢量的开关状态的排序对所述三相交流电压进行空间矢量调制。
对于步骤S11，所述交流电压的瞬时值为三相三电平逆变电路期望输出的三相正弦交流电压的瞬时值；对于步骤S12，逆变电路可以输出多少电压状态，就对应多少个基本电压矢量，三相三电平逆变电路一共可输出33＝27种基本电压矢量，而要选取的目标基本电压矢量就是从这27个基本电压矢量中挑选出三个，所有的基本电压矢量一共包含四类：零矢量、短矢量、中矢量以及长矢量，具体是根据NTV(Nearest Triangle Vectors，最近三角矢量)法则找到合成参考电压矢量所需的三个基本电压矢量即基本空间矢量；对于步骤S13、S14，大矢量和中矢量只对应一种开关状态，短矢量和零矢量的开关状态并不唯一，短矢量对应2组不同的开关状态，零矢量有3组不同的开关状态，此处并不是所有的开关状态都选择，而是要根据特定的步骤来选择。通过这种三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法，可以有效地降低开关损耗和谐波畸变率。
在一个具体的实施例中，三相三电平逆变电路结构图，如图2所示，三相有三个桥臂，每个桥臂上有4个IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)。在A相电路中，包含4个开关管T1、T2、T3、T4、4个IGBT以及2个箝位二极管VD1和VD2。当T1、T2同时导通时，输出端A对o点的电平是Vd/2，被称作P电位；当T2、T3同时导通时，A点与o点短路，输出端A对o点的电平是0，被称作O电位；当T3、T4同时导通时，A点对o点的电平是-Vd/2，被称作N电位。所以每相桥臂可以输出3种电平状态，由三相这种桥臂组成的变换电路就叫做二极管箱位式三电平逆变电路。
需要注意的是，在电路工作时，T1和T4不能同时导通，且T1、T3和T2、T4恰好工作在相反状态(互补状态)。平均每个主开关管所承受的正向阻断电压为Vdc/2，这也是三电平逆变电路的基本控制规律之一。
理想的三电平逆变电路开关模型的每相桥臂的电路结构可以看成为一个与直流侧相通的单刀三掷开关，则三电平电路的一个桥臂上只有Vdc/2、0和-Vdc/2三种可能输出电压值(或称为电平)，即每相输出分别由正(P)、零(o)、负(n)三个开关状态组成。
在一个实施例中，三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法，在获取各个目标基本电压矢量的开关状态之后，还包括以下步骤：
计算所述基本电压矢量在单位开关周期内的作用时间；根据控制所述作用时间获得单位开关周期内对称的波形。通过控制所述作用时间，控制单位开关周期的波形，从而获得最终逆变电路开关器件的驱动波形。
其中，在完成扇区选择之后，根据最近三角矢量法则找到矢量合成所需的三个基本电压矢量V1、V2、V3。再根据伏秒平衡原则可得，又有T1+T2+T3＝Ts，其中T1、T2、T3分别指的是三个基本电压矢量V1、V2、V3对应的作用时间。两式联立可解出T1、T2、T3即完成了三电平SVPWM算法对空间矢量作用时间的计算，作用时间见表一，其中，定义d1＝2*m*sinθ，
式中，为调制比，θ为参考电压矢量与大扇区始边的夹角；
表一
在另一个具体的实施例中，基本电压矢量的作用时间与矢量状态的对应关系如图3所示，其中Va、Vb、Vc分别指的是图2中三个桥壁中点A、B、C三点的电压。三相矢量状态对应全部开关状态，将基本电压矢量的作用时间分配给对应的矢量状态，也就是将开关器件的导通或关断时间分配给对应的开关器件，完成对主电路开关器件的控制。
可选的，三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法，在判断所述参考电压矢量在预先生成的电压矢量空间中所属的目标子扇区之前，还包括以下步骤：
获取三相三电平逆变电路输出的电压状态，每个电压状态分别生成一个基本电压矢量，其中，所述基本电压矢量包括零矢量、短矢量、中矢量以及长矢量；
将所述基本电压矢量组合成空间矢量，根据长矢量对电压矢量空间进行划分，得到多个扇区，根据各个扇区的零矢量、短矢量和中矢量对扇区进行划分，得到各个扇区对应的子扇区；
所述电压矢量空间划分为多个扇区，每个扇区划分为多个子扇区。通过扇区的划分为找到目标子扇区以及合理地选择目标子扇区内的基本电压矢量做铺垫。
在一个具体的实施例中，三相三电平逆变电路可以输出33＝27种电压状态，这27种电压状态在两相α-β平面上对应27组空间矢量(包括部分冗余矢量)，除去部分冗余矢量，这27种开关状态共对应19个基本空间矢量，如图4所示，这19个基本空间矢量划分为四大类：1个零矢量、6个短矢量、6个中矢量以及6个长矢量。在如图2所示的三相三电平逆变电路，其中Vd为电源电压，短矢量的幅值为Vd/3、中矢量的幅值为长矢量的幅值为2Vd/3。这些基本电压矢量对空间进行了划分，为了选择合适的基本电压矢量合成参考电压矢量，我们首先将空间分为了6个60°的大扇区Ⅰ-Ⅵ，再将每个大扇区分为6个小扇区1-6。我们首先将空间分为了6个60°的扇区Ⅰ-Ⅵ，再将每个大扇区分为6个子扇区1-6。
在另一个具体的实施例中，如图5所示，三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法可以包括以下步骤：
S21：获取三相三电平逆变电路输出的电压状态，每个电压状态分别生成一个基本电压矢量；
S22：将所述基本电压矢量组合成空间矢量，基本电压矢量之间的面积根据长矢量划分电压矢量空间得到扇区，根据零矢量、短矢量、中矢量划分扇区得到子扇区；
S23：获取三相三电平逆变电路输出的三相交流电压，对所述三相交流电压的瞬时值进行矢量变换，得到参考电压矢量，判断所述参考电压矢量在预先生成的电压矢量空间中所属的目标子扇区；
S24：根据所述目标子扇区选择对应的基本电压矢量，作为合成所述参考电压矢量所需的目标基本电压矢量；
S25：选择各个目标基本电压矢量的开关状态，根据预设的约束条件对各个目标基本电压矢量的开关状态进行排序；
S26：计算所述基本电压矢量在单位开关周期内的作用时间；根据控制所述作用时间获得单位开关周期内对称的波形；
S27：根据所述目标基本电压矢量、各个目标基本电压矢量的开关状态以及对各个目标基本电压矢量的开关状态的排序对所述三相交流电压进行空间矢量调制。
其中，三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法，判断所述参考电压矢量在预先生成的电压矢量空间中所属的目标子扇区的步骤包括：
获取参考电压矢量在两相α-β平面中与α正半轴的第一夹角；
根据所述第一夹角判断参考电压矢量所在的目标扇区；
获取参考电压矢量在α轴上的投影的第一长度以及所述参考电压矢量在β轴上的投影的第二长度，根据所述第一长度和第二长度判断所述参考电压矢量在所述目标扇区内所属的目标子扇区。通过判断参考电压矢量所在目标子扇区，在确定好子扇区即小扇区后，即可确定存在于该小扇区边界的三个基本电压矢量即基本空间矢量，处于任一小扇区的参考电压矢量均可由该小扇区边界的三个基本空间矢量合成得到。
在一个具体的实施例中，设参考电压矢量与α正半轴的夹角为θ。目标扇区即大扇区的判断法则显然易见，只要判断θ的大小就可以知道参考电压矢量所在的大扇区。以第I大扇区为例，如图6所示，目标子扇区即小扇区的判断规则如下，其中Vα为参考电压矢量在α轴上的投影，Vβ为参考电压矢量在β轴上的投影：
当时，参考电压矢量Vref位于小扇区1，3，5；若 参考电压矢量Vref位于小扇区1；若 参考电压矢量Vref位于小扇区3；否则，Vref位于小扇区5。
当时，参考电压矢量Vref位于小扇区2，4，6；若 参考电压矢量Vref位于小扇区2；若 参考电压矢量Vref位于小扇区4；否则，参考电压矢量Vref位于小扇区6。
举例来说，三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法，根据所述目标子扇区选择对应的基本电压矢量，作为合成所述参考电压矢量所需的目标基本电压矢量的步骤包括：
当参考电压矢量位于第一子扇区和第二子扇区时，选择两个相邻的短矢量及零矢量为基本电压矢量；当参考电压矢量位于第三子扇区和第四子扇区时，选择两个相邻的短矢量及中矢量为基本电压矢量；当参考电压矢量位于第五子扇区和第六子扇区时，选择临近的同方向的长矢量和短矢量及该子扇区内的中矢量为基本电压矢量；
其中，第一子扇区和第二子扇区为含零矢量和短矢量的子扇区，第三子扇区和第四子扇区为含短矢量和中矢量的子扇区，第五子扇区和第六子扇区为含短矢量、中矢量以及长矢量的子扇区。以上方法是根据最近三角矢量法则进行基本电压矢量的选择，通过最近三角矢量法则，可以合理选择基本电压矢量即基本空间矢量。
在一个实施例中，三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法，开关状态包括正状态、零状态以及负状态，包含正状态的短矢量为正短矢量，包含负状态的短矢量为负短矢量；
所述的约束条件为：以负短矢量作为单位开关周期的起始矢量，开关状态变化时，只有一个三相三电平逆变电路的桥臂上的开关状态发生变化，且开关波形在单位开关周期内为对称的。通过约束条件控制开关作用次序可有效减少开关损耗和谐波畸变率。
在一个具体的实施例中，开关状态中含有n的为正状态，含有o的为零状态，含有p的为负状态，其中n，o，p分别表示对应三相为低电平，零电平，高电平。各组开关状态的作用次序要遵守这样的原则：任意一次电压矢量的变化只能有一个桥臂的开关动作，即在二进制矢量表示中，只有一位变化或没有变化。这是因为如果允许有两个或三个桥臂同时动作，则在线电压的半周期内会出现反极性的脉冲，产生反向转矩，引起脉动和电磁噪声，从而引起谐波畸变。通过约束条件控制开关作用次序可有效较少开关损耗和谐波畸变率。
根据上述原则，每个采样周期以负短矢量作为起始矢量，每个矢量空间区域的状态作用次序如表二所示，其中n，o，p分别表示对应三相为低电平，零电平，高电平。基本电压矢量的作用时间与矢量状态的对应关系如图3所示。三相矢量状态对应全部开关状态，将基本电压矢量的作用时间分配给对应的矢量状态，也就是将开关器件的导通或关断时间分配给对应的开关器件，完成对主电路开关器件的控制。
表二
可选地，三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法，选择各个目标基本电压矢量的开关状态的步骤包括：
获取单位开关周期内的多个基本电压矢量；获取参考电压矢量与目标子扇区对应的短矢量的第二夹角，所述第二夹角为锐角；根据所述第二夹角选择目标子扇区内相邻的第一短矢量和第二短矢量的开关状态；当开关状态变化时，根据所述约束条件选择零矢量的开关状态。
通过选择各个目标基本电压矢量的开关状态，三相三电平逆变电路的开关状态在一个单位开关周期内仅变化六次，开关损耗较小。
在一个具体的实施例中，三相三电平逆变电路的单位开关周期内此处锐角为小于60度的锐角，27个基本开关状态对应的基本电压矢量有冗余，大矢量和中矢量与开关状态一一对应，短矢量对应2组开关状态(开关状态中含有n的记为负短矢量，含有p的记为正短矢量)，零矢量有3组开关状态；在每个采样周期内出现的矢量为三个，但开关状态不止三个，短矢量对应的开关状态出现的次数多，与参考电压矢量更近的短矢量的两种开关状态都选择，另一个短矢量如果在参考电压矢量的旋转方向上则选负短矢量，否则选择正短矢量。零矢量的开关状态的选择根据另外两个基本矢量的开关状态来选择，选择的原则是开关状态变化时，只有一个开关发生变化。
三相三电平逆变換电路的空间矢量调制方法中基本电压矢量作用次序，其特征在于：以负短矢量开头，开关状态变化时，只有一个桥臂上的开关发生变化，且开关波形在单位开关周期为对称的，有效减少了开关损耗。
其中，三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法，根据所述第二夹角选择目标子扇区内相邻的第一短矢量和第二短矢量的开关状态的步骤包括：
分别计算第一短矢量与参考电压矢量的第二夹角和第二短矢量与参考电压矢量的第二夹角；若第一短矢量与参考电压矢量的第二夹角小于第二短矢量与参考电压矢量的第二夹角，选择第一短矢量的正状态与负状态；若第二短矢量在参考电压矢量的旋转方向上，选择第二短矢量对应的负状态，否则选择第二短矢量对应的正状态。通过以上步骤，可以使三相三电平逆变电路的开关状态在一个单位开关周期内仅变化六次，开关损耗较小。
在一个具体的实施例中，短矢量对应的开关状态出现的次数多，与参考电压矢量更近的短矢量的两种开关状态都选择，另一个短矢量如果在参考电压矢量的旋转方向上则选负短矢量，否则选择正短矢量。
其中，如图7所示，三相三电平逆变电路的空间矢量调制系统，包括：
获取判断模块31，获取三相三电平逆变电路输出的三相交流电压，对所述三相交流电压的瞬时值进行矢量变换，得到参考电压矢量，判断所述参考电压矢量在预先生成的电压矢量空间中所属的目标子扇区；其中，所述电压矢量空间包括多个扇区，各个扇区包括多个子扇区，各个子扇区由基本电压矢量对电压矢量空间进行划分而得到；
选择模块32，根据所述目标子扇区选择对应的基本电压矢量，作为合成所述参考电压矢量所需的目标基本电压矢量；
排序模块33，选择各个目标基本电压矢量的开关状态，根据预设的约束条件对各个目标基本电压矢量的开关状态进行排序；其中，所述预设的约束条件为进行开关状态变化时，开关动作次数最少，并且开关波形在单位开关周期内为对称波形；
调制模块34，根据所述目标基本电压矢量、各个目标基本电压矢量的开关状态以及对各个目标基本电压矢量的开关状态的排序对所述三相交流电压进行空间矢量调制。
对于获取判断模块31，所述交流电压的瞬时值为三相三电平逆变电路期望输出的三相正弦交流电压的瞬时值；对于选择模块32，逆变电路可以输出多少电压状态，就对应多少个基本电压矢量，三相三电平逆变电路一共可输出33＝27种基本电压矢量，而要选取的目标基本电压矢量就是从这27个基本电压矢量中挑选出三个，所有的基本电压矢量一共包含四类：零矢量、短矢量、中矢量以及长矢量，具体是根据NTV(Nearest Triangle Vectors，最近三角矢量)法则找到合成参考电压矢量所需的三个基本电压矢量即基本空间矢量；对于排序模块33和调制模块34，大矢量和中矢量只对应一种开关状态，短矢量和零矢量的开关状态并不唯一，短矢量对应2组不同的开关状态，零矢量有3组不同的开关状态，此处并不是所有的开关状态都选择，而是要根据特定的步骤来选择。通过这种三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法，可以有效地降低开关损耗和谐波畸变率。
在一个具体的实施例中，三相三电平逆变电路结构图，如图2所示，三相有三个桥臂，每个桥臂上有4个IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)。在A相电路中，包含4个开关管T1、T2、T3、T4、4个IGBT以及2个箝位二极管VD1和VD2。当T1、T2同时导通时，输出端A对o点的电平是Vd/2，被称作P电位；当T2、T3同时导通时，A点与o点短路，输出端A对o点的电平是0，被称作O电位；当T3、T4同时导通时，A点对o点的电平是-Vd/2，被称作N电位。所以每相桥臂可以输出3种电平状态，由三相这种桥臂组成的变换电路就叫做二极管箱位式三电平逆变电路。
需要注意的是，在电路工作时，T1和T4不能同时导通，且T1、T3和T2、T4恰好工作在相反状态(互补状态)。平均每个主开关管所承受的正向阻断电压为Vdc/2，这也是三电平逆变电路的基本控制规律之一。
理想的三电平逆变电路开关模型的每相桥臂的电路结构可以看成为一个与直流侧相通的单刀三掷开关，则三电平电路的一个桥臂上只有Vdc/2、0和-Vdc/2三种可能输出电压值(或称为电平)，即每相输出分别由正(P)、零(o)、负(n)三个开关状态组成。
在一个实施例中，三相三电平逆变电路的空间矢量调制系统，还包括以下模块：
计算模块：计算所述基本电压矢量在单位开关周期内的作用时间；根据控制所述作用时间获得单位开关周期内对称的波形。通过控制所述作用时间，控制单位开关周期的波形，从而获得最终逆变电路开关器件的驱动波形。
其中，在完成扇区选择之后，根据最近三角矢量法则找到矢量合成所需的三个基本电压矢量V1、V2、V3。再根据伏秒平衡原则可得，又有T1+T2+T3＝Ts，其中T1、T2、T3分别指的是三个基本电压矢量V1、V2、V3对应的作用时间。两式联立可解出T1、T2、T3即完成了三电平SVPWM算法对空间矢量作用时间的计算，作用时间见表一，其中，定义d1＝2*m*sinθ，
式中，为调制比，θ为参考电压矢量与大扇区始边的夹角；
在另一个具体的实施例中，基本电压矢量的作用时间与矢量状态的对应关系如图3所示。三相矢量状态对应全部开关状态，将基本电压矢量的作用时间分配给对应的矢量状态，也就是将开关器件的导通或关断时间分配给对应的开关器件，完成对主电路开关器件的控制。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取三相三电平逆变电路输出的三相交流电压，对所述三相交流电压的瞬时值进行矢量变换，得到参考电压矢量，所述三相交流电压的瞬时值为三相三电平逆变电路期望输出的三相正弦交流电压的瞬时值；判断所述参考电压矢量在预先生成的电压矢量空间中所属的目标子扇区；其中，所述电压矢量空间包括多个扇区，各个扇区包括多个子扇区，各个子扇区由基本电压矢量对电压矢量空间进行划分而得到；
根据所述目标子扇区选择对应的基本电压矢量，作为合成所述参考电压矢量所需的目标基本电压矢量；其中，根据最近三角矢量法则找到合成所述参考电压矢量所需的三个基本电压矢量；
选择各个目标基本电压矢量的开关状态，根据预设的约束条件对各个目标基本电压矢量的开关状态进行排序；其中，所述预设的约束条件为进行开关状态变化时，开关动作次数最少，并且开关波形在单位开关周期内为对称波形；所述选择各个目标基本电压矢量的开关状态的步骤包括：获取所述单位开关周期内的多个基本电压矢量；获取所述参考电压矢量与所述目标子扇区对应的短矢量的第二夹角，所述第二夹角为锐角；根据所述第二夹角选择目标子扇区内相邻的第一短矢量和第二短矢量的开关状态；其中，分别计算第一短矢量与参考电压矢量的第二夹角和第二短矢量与参考电压矢量的第二夹角；若所述第一短矢量与参考电压矢量的第二夹角小于所述第二短矢量与参考电压矢量的第二夹角，选择第一短矢量的正状态与负状态；若第二短矢量在参考电压矢量的旋转方向上，选择第二短矢量对应的负状态，否则选择第二短矢量对应的正状态；
当开关状态变化时，根据所述约束条件选择零矢量的开关状态；
根据所述目标基本电压矢量、各个目标基本电压矢量的开关状态以及对各个目标基本电压矢量的开关状态的排序对所述三相交流电压进行空间矢量调制。
2.根据权利要求1所述的三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法，其特征在于，在选择各个目标基本电压矢量的开关状态之后，还包括以下步骤：
计算所述基本电压矢量在单位开关周期内的作用时间；根据控制所述作用时间获得单位开关周期内对称的波形。
3.根据权利要求1所述的三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法，其特征在于，在判断所述参考电压矢量在预先生成的电压矢量空间中所属的目标子扇区之前，还包括以下步骤：
获取三相三电平逆变电路输出的电压状态，每个电压状态分别生成一个基本电压矢量；其中，所述基本电压矢量包括零矢量、短矢量、中矢量以及长矢量；
将所述基本电压矢量组合成空间矢量，根据长矢量对电压矢量空间进行划分，得到多个扇区，根据各个扇区的零矢量、短矢量和中矢量对扇区进行划分，得到各个扇区对应的子扇区；
所述电压矢量空间划分为多个扇区，每个扇区划分为多个子扇区。
4.根据权利要求2所述的三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法，其特征在于，判断所述参考电压矢量在预先生成的电压矢量空间中所属的目标子扇区的步骤包括：
获取参考电压矢量在两相α-β平面中与α正半轴的第一夹角；
根据所述第一夹角判断参考电压矢量所在的目标扇区；
获取参考电压矢量在α轴上的投影的第一长度以及所述参考电压矢量在β轴上的投影的第二长度，根据所述第一长度和第二长度判断所述参考电压矢量在所述目标扇区内所属的目标子扇区。
5.根据权利要求3所述的三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法，其特征在于，根据所述目标子扇区选择对应的基本电压矢量，作为合成所述参考电压矢量所需的目标基本电压矢量的步骤包括：
当参考电压矢量位于第一子扇区和第二子扇区时，选择两个相邻的短矢量及零矢量为基本电压矢量；
当参考电压矢量位于第三子扇区和第四子扇区时，选择两个相邻的短矢量及中矢量为基本电压矢量；
当参考电压矢量位于第五子扇区和第六子扇区时，选择临近的同方向的长矢量和短矢量及该子扇区内的中矢量为基本电压矢量；
其中，第一子扇区和第二子扇区为含零矢量和短矢量的子扇区，第三子扇区和第四子扇区为含短矢量和中矢量的子扇区，第五子扇区和第六子扇区为含短矢量、中矢量以及长矢量的子扇区。
6.根据权利要求3所述的三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法，其特征在于，开关状态包括正状态、零状态以及负状态，包含正状态的短矢量为正短矢量，包含负状态的短矢量为负短矢量；
所述的约束条件为：
以负短矢量作为单位开关周期的起始矢量，开关状态变化时，只有一个三相三电平逆变电路的桥臂上的开关状态发生变化，且开关波形在单位开关周期内为对称的。
7.一种三相三电平逆变电路的空间矢量调制系统，其特征在于，包括：
获取判断模块，获取三相三电平逆变电路输出的三相交流电压，对所述三相交流电压的瞬时值进行矢量变换，得到参考电压矢量，判断所述参考电压矢量在预先生成的电压矢量空间中所属的目标子扇区；其中，所述电压矢量空间包括多个扇区，各个扇区包括多个子扇区，各个子扇区由基本电压矢量对电压矢量空间进行划分而得到；
选择模块，根据所述目标子扇区选择对应的基本电压矢量，作为合成所述参考电压矢量所需的目标基本电压矢量；
排序模块，选择各个目标基本电压矢量的开关状态，根据预设的约束条件对各个目标基本电压矢量的开关状态进行排序；其中，所述预设的约束条件为进行开关状态变化时，开关动作次数最少，并且开关波形在单位开关周期内为对称波形；所述选择各个目标基本电压矢量的开关状态的步骤包括：获取所述单位开关周期内的多个基本电压矢量；获取所述参考电压矢量与所述目标子扇区对应的短矢量的第二夹角，所述第二夹角为锐角；根据所述第二夹角选择目标子扇区内相邻的第一短矢量和第二短矢量的开关状态；其中，分别计算第一短矢量与参考电压矢量的第二夹角和第二短矢量与参考电压矢量的第二夹角；若所述第一短矢量与参考电压矢量的第二夹角小于所述第二短矢量与参考电压矢量的第二夹角，选择第一短矢量的正状态与负状态；若第二短矢量在参考电压矢量的旋转方向上，选择第二短矢量对应的负状态，否则选择第二短矢量对应的正状态；
还用于当开关状态变化时，根据所述约束条件选择零矢量的开关状态；
调制模块，根据所述目标基本电压矢量、各个目标基本电压矢量的开关状态以及对各个目标基本电压矢量的开关状态的排序对所述三相交流电压进行空间矢量调制。
8.根据权利要求7所述的三相三电平逆变电路的空间矢量调制系统，其特征在于，还包括以下模块：
计算模块，计算所述基本电压矢量在单位开关周期内的作用时间；根据控制所述作用时间获得单位开关周期内对称的波形。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710302228.XA CN107017793B (zh) | 2017-05-02 | 2017-05-02 | 一种三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法和系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710302228.XA CN107017793B (zh) | 2017-05-02 | 2017-05-02 | 一种三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法和系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107017793A CN107017793A (zh) | 2017-08-04 |
| CN107017793B true CN107017793B (zh) | 2019-09-13 |
Family
ID=59447469
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710302228.XA Active CN107017793B (zh) | 2017-05-02 | 2017-05-02 | 一种三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法和系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107017793B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108777552B (zh) * | 2018-07-09 | 2020-05-12 | 唐瑭 | 适用于级联h桥变流器的模型预测控制策略方法和系统 |
| CN111371334B (zh) * | 2020-04-14 | 2021-09-10 | 山东大学 | 单相三电平变换器中点电位平衡控制方法、控制器及系统 |
| CN112953278A (zh) * | 2021-03-11 | 2021-06-11 | 青岛鼎信通讯股份有限公司 | 一种应用于apf的svpwm调制方法 |
| CN113676072A (zh) * | 2021-08-04 | 2021-11-19 | 广东工业大学 | 一种三相开关电容多电平逆变器的脉宽调制方法 |
| CN114172442B (zh) * | 2022-01-24 | 2023-07-14 | 国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院 | 基于fpga的三电平svpwm控制系统 |
| CN115065264B (zh) * | 2022-07-19 | 2023-04-14 | 东莞叁壹半导体科技有限公司 | 一种便于数字实现的三电平空间矢量调制方法和装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103516175B (zh) * | 2013-09-24 | 2016-06-15 | 深圳市英威腾电气股份有限公司 | 一种三相电压矢量空间位置判断方法 |
| CN104682752A (zh) * | 2013-11-28 | 2015-06-03 | 北车大连电力牵引研发中心有限公司 | 一种空间矢量脉冲调制方法和装置 |
| 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 |
-
2017
- 2017-05-02 CN CN201710302228.XA patent/CN107017793B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107017793A (zh) | 2017-08-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107017793B (zh) | 一种三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法和系统 | |
| US11949343B2 (en) | Systems and methods for controlling multi-level diode-clamped inverters using space vector pulse width modulation (SVPWM) | |
| US10554142B2 (en) | Modulation of AC/AC MMC | |
| CN107276448B (zh) | 一种基于移相空间矢量调制方法的h桥级联多电平逆变器 | |
| CN106787888B (zh) | 一种三电平anpc变换器中点电压平衡控制方法 | |
| CN108923666A (zh) | 基于载波pwm的双输出双级矩阵变换器调制方法 | |
| CN107306516B (zh) | 功率转换装置 | |
| US10389269B2 (en) | Inverter apparatus including control circuit employing two-phase modulation control, and interconnection inverter system including the inverter apparatus | |
| CN103117668B (zh) | 简化的五相三电平电压源逆变器的矢量控制方法 | |
| CN104038091A (zh) | 基于svpwm的三电平变流器直流侧中点电压平衡控制方法 | |
| CN112910297B (zh) | 三电平snpc变流器系统及两段式模型预测控制方法 | |
| CN104410311B (zh) | 一种三电平逆变器不连续pwm调制中点平衡方法 | |
| CN108768189A (zh) | 一种基于并联电流源型变流器的空间矢量调制方法 | |
| CN107302318B (zh) | 一种基于h桥级联多电平逆变器的移相空间矢量调制方法 | |
| US10630200B2 (en) | Inverter apparatus including control circuit employing two-phase modulation control, and interconnection inverter system including the inverter apparatus | |
| CN107645247A (zh) | 一种60°坐标系下三电平逆变器svpwm方法 | |
| CN109687748A (zh) | 中点箝位五电平变换器的调制与电容电压平衡控制方法 | |
| Mondal | Active and reactive power compensation of data center using multi-level STATCOM inverter | |
| CN115812274A (zh) | 逆变器共模电压注入控制方法及装置 | |
| Zhou et al. | A carrier-based DPWM method with variable clamped interval for NPC three-level inverter | |
| CN109905045A (zh) | 一种准四电平变换器拓扑结构及其svpwm算法 | |
| KR102570152B1 (ko) | 스위칭 손실을 최소화하는 3상 3-레벨 컨버터를 사용하는 전력 변환 장치 | |
| CN110601578B (zh) | 一种最近电平等效的空间矢量调制方法 | |
| Berra et al. | Virtual flux predictive direct power control of three-level multi-terminal VSC-HVDC transmission system | |
| Rathod et al. | Modelling and simulation of front end converter for power quality improvement |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210304 Address after: Room 501-503, annex building, Huaye building, No.1-3 Chuimao new street, Xihua Road, Yuexiu District, Guangzhou City, Guangdong Province 510000 Patentee after: China Southern Power Grid Power Technology Co.,Ltd. Address before: No.3, Jinfeng Road, Yuncheng district, Yunfu City, Guangdong Province, 527300 Patentee before: YUNFU POWER SUPPLY BUREAU OF GUANGDONG POWER GRID Co.,Ltd. |