CN107623457B

CN107623457B - Npc型三电平逆变器抑制直流侧中点低频振荡调制方法

Info

Publication number: CN107623457B
Application number: CN201710893913.4A
Authority: CN
Inventors: 刘嘉婷; 黄辉先; 丁灿; 周迎春; 李治国; 程泊静
Original assignee: Xiangtan University
Current assignee: Xiangtan University
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2020-02-18
Anticipated expiration: 2037-09-28
Also published as: CN107623457A

Abstract

一种NPC型三电平逆变器抑制直流侧中点低频振荡的调制方法，其特征在于：直接把三电平逆变器的三项参考电压映射到60度坐标系内，以空间矢量的六大扇区根据奇数和偶数扇区区别调制，在奇数扇区，建立gh轴坐标系，在偶数扇区建立hg轴坐标系，并且结合虚拟空间矢量算法，通过虚拟矢量消除了逆变器在直流侧电容中点电位的低频振荡的现况，达到NPC型三电平逆变器抑制直流侧中点低频振荡的调制效果。本发明能够消除直流侧电容中点的低频振荡；较于传统的SVPWM不需要大量三角函数的运算和查表判断能直接得出电压矢量作用时间和顺序，减少了控制器的运算负担；简化了三电平逆变器空间矢量调制算法，有助于空间矢量调制算法在多电平逆变器中的推广应用。

Description

NPC型三电平逆变器抑制直流侧中点低频振荡调制方法

技术领域

本发明涉及到一种逆变器调制的调制方法，尤其是指一种基于NPC 型三电平逆变器抑制直流侧中点低频振荡的调制方法，属逆变器空间矢量调制控制技术领域。

背景技术

为确保多电平NPC逆变器长期可靠、稳定的运行，必须保证中点电压平衡。关于NPC逆变器中点电压平衡控制策略目前主要有以下几种：

(1)注入零序分量的载波正弦PWM；

(2)基于特定谐波消除PWM，通过微调特定谐波消除PWM开关角来改变零状态的作用时间达到控制中点电压；

(3)基于空间矢量PWM(Space Vector Modulation，SVM)，通过控制矢量作用时间分配因子实现对中点电压的控制；

(4)基于虚拟空间矢量调制(Virtual SVM，VSVM)，在任意调制度和功率因数时能够有效保持中点电压的平衡；

(5)混合PWM，对于正负小矢量不能成对出现的扇区，根据相电流的变化情况，使调制在传统算法和基于虚拟矢量的算法之间切换，从而削弱中矢量对中点电流不可控的影响。

上述调制方法，虽然能有效的控制中点电压平衡，但由于合成参考矢量的基本矢量包含有输出共模电压幅值较大的矢量，因此共模电压输出较大。近来也发现推出了NPC型三电平逆变器，NPC型三电平逆变器具有输出电平增加，输出波形阶梯增多，谐波减少，电压跳变减少等特点，加上钳位式逆变器使得开关器件耐压定额降低，成本也随之降低，因此特别适合与高压异步电机变频调速，此外还用于各种用途的整流器、不间断电源(UPS)和电力部门的有源滤波，电压质量改善等领域。因此三电平空间矢量脉宽调制技术SVPWM普遍用于高压电机调速系统。

但是NPC型三电平逆变器同样存在中点电压平衡的问题，采用传统空间矢量调制算法是首先对参考电压进行采样，然后计算所采样参考电压矢量的最近三个基本矢量，并利用伏秒平衡原理计算三个最近的基本矢量的作用时间，用三个基本矢量合成参考矢量，其大量的三角函数和扇区判断不利于计算机的实时计算，且在较大的调制度和一定的功率因数角度时，电机启动时，中点电压将会发生不平衡。这种不平衡主要由两部分组成1) 中点电压偏移2)中点电压三次振荡。导致电流将发生较大的畸变，使得启动时电机转矩脉动较大，谐波增大。

为了能够消除低频电压振荡现有的调制方法主要有两种，第一是基于载波调制，第二是基于虚拟空间矢量调制。基于载波实现的二极管钳位型三电平逆变器的系统动态过程的参数难以得到，因此不利于控制器的实时运算。虚拟空间矢量的调制方法(virtualSVM,VSVM)，对中点电压波动的控制不受调制度与功率因数的影响，能够消除了低频振荡，但存在算法复杂、实现繁琐、控制器的计算工作量大等缺点。

因此，继续探索一种既能消除直流电容中点低频振荡，且利于控制器实现的简便算法。通过检索没发现有与本发明相同技术的专利或其它文献报道，与本发明有一定关系的专利或费专利文献主要有以下几个：

1、专利号为CN201610898202.1，名称为“一种NPC三电平逆变器输出电流特性优化的控制方法”的发明专利，该专利公开了一种NPC三电平逆变器输出电流特性优化的控制方法，本发明通过分析三电平逆变器空间矢量调制策略，得出该策略存在冗余开关状态的占空比分配和开关序列的选择两种自由度，并通过建立电流波动评价模型，当冗余开关状态的占空比比值发生变化和开关序列改变时，对逆变器输出电流波动量进行比较。以逆变器输出电流波动量有效值最小为原则，确定了各开关序列内冗余开关状态作用时间的最优分配方式以及各开关序列作用区域的最优分布，保证了逆变器输出质量最优。最终实现了在不增加开关频率的前提下，降低了逆变器输出电流谐波畸变率。

2、专利号为CN201610429989.7，名称为“三电平逆变器中点电压平衡和共模电压抑制的方法”的发明专利，该专利公开了一种三电平逆变器中点电压平衡和共模电压抑制的方法，主要为提出了一种新的VSVM方法，将新的虚拟零矢量定义为仅包括零矢量OOO；将新的虚拟小矢量定义为由原负小矢量和与之相邻的两个负小矢量合成；将新的虚拟中矢量定义为由原中矢量和与之相邻的两个中矢量合成。采用上述空间矢量定义方法，各合成矢量不会使中点电压发生波动，且合成新型虚拟空间矢量的基本矢量不包含正小矢量和零矢量PPP和NNN，因此输出共模电压较小。当外界非线性因素使中点电压发生波动时，在新虚拟空间矢量调制策略的基础上，通过比较三相负载电流的大小，对各合成矢量的作用时间分配因子进行适当的调整，从而对中点电压平衡进行控制。

3、专利号为CN201210160152.9，名称为“一种基于区间选择的NPC 型三电平逆变器中点电压控制方法”的发明专利，该专利公开了基于区间选择的NPC型三电平逆变器中点电压控制方法，属于电力电子技术领域。该方法选取三相中绝对值最大的一相作为调整相，调整区间以调整相的峰值点为对称点，调整范围不大于π/2；实时测量中点电压Unp，并且与给定值进行比较，根据比较结果来确定电压偏移量，从而在调整区间内调整调制波，将调整后的调制波与载波进行比较输出PWM信号，以控制逆变器的开关管工作状态。

上述这些文献虽也涉及到了NPC型三电平逆变器中点电压控制，也提出了一些控制方法，但在探索一种既能消除直流电容中点低频振荡，且利于控制器实现的简便算法方面尚没有突破，因此前面所述的算法复杂、实现繁琐、控制器的计算工作量大的问题仍没有得到有效解决，因此仍有待进一步加以改进。

发明内容

本发明的目的在于针对现有NPC型三电平逆变器中点电压控制所存在的问题，提出一种既能消除直流电容中点低频振荡，且利于控制器实现的简便算法的NPC型三电平逆变器抑制直流侧中点低频振荡的调制方法，该NPC型三电平逆变器抑制直流侧中点低频振荡的调制方法具有算法简单，实现简便，控制器运算工作量小的特点。

为了达到这一目的，本发明提供了一种NPC型三电平逆变器抑制直流侧中点低频振荡的调制方法，直接把三电平逆变器的三项参考电压映射到60度坐标系内，以空间矢量的六大扇区根据奇数和偶数扇区区别调制，在奇数扇区，建立gh轴坐标系，在偶数扇区建立hg轴坐标系，并且结合虚拟空间矢量算法，通过虚拟矢量消除了逆变器在直流侧电容中点电位的低频振荡的现况，达到NPC型三电平逆变器抑制直流侧中点低频振荡的调制效果。

进一步地，所述的通过虚拟矢量消除了逆变器在直流侧电容中点电位的低频振荡的现况是认定虚拟空间矢量方法下参与合成中矢量的各个基本矢量作用时刻相同，各相电流恒定，三相三线制系统中合成矢量满足 ia+ib+ic＝0,由此来消除中矢量对中点电压影响。

进一步地，所述的以三电平逆变器的三项参考电压映射到60度坐标系内是，将三项参考电压映射到60度坐标系当中；空间矢量的六大扇区根据奇数和偶数扇区区别调制，在奇数扇区，建立gh轴坐标系，在偶数扇区建立hg轴坐标系；设K扇区表示六大扇区中任意扇区，当参考矢量位于第K扇区时:

若K＝1,3,5；则K扇区的坐标系及小区间划分五个区间。K＝2,4,6时，则K扇区的坐标系及其小区相较与奇数扇区，偶数扇区gh轴位置镜像，小区间1、2、5位置不变,小扇区3、4位置互换。

进一步地，所述的K扇区合成虚拟空间矢量的N型小矢量和P型小矢量转化到第一区间后分别位于U_1n和U_3p的位置上,定义为u_1nK和u_3pK。若设u_5K为K扇区中的中矢量，u_mK表示K扇区中的虚拟矢量则有： u_mK＝1/3(u_3pK+u_1nK+u_5K)。

进一步地，所述的虚拟空间矢量算法是，根据扇区小区间划分的原则，简化输出电压矢量作用时间和顺序，将整个三电平空间矢量图看做一个整体：将第K扇区的矢量坐标变换到第一个区间：g_ref，h_ref代表输出电压矢量在原gh参考坐标系下的投影值。g₁，h₁代表奇偶镜像坐标系下电压矢量转换到第一区间后的投影值；

当K＝1,3,5时

当K＝2,4,6时

其中，C为修正系数；

由此可推得坐标转换到第一扇区后的表达式:

Ⅰ扇区g₁＝g_ref，h₁＝h_ref

Ⅱ扇区g₁＝-g_ref，h₁＝g_ref+h_ref

Ⅲ扇区g₁＝h_ref，h₁＝-g_ref-h_ref

Ⅳ扇区g₁＝-h_ref，h₁＝-gr_ef

Ⅴ扇区g₁＝-g_ref-h_ref，h₁＝g_ref

Ⅵ扇区g₁＝g_ref+h_ref，h₁＝-h_ref

其它扇区的表达式与第一扇区的方式相同。

进一步地，所述的虚拟空间矢量算法判断参考矢量所在小区间的方法是：

设J1，J2，J3，J4四条直线将小区间划分为五个扇区，则在任意大扇区内有:

J1＝g_k+h_k-1

J2＝g_k-h_k

J3＝g_k+0.5h_k-1

J4＝h_k+0.5g_k-1

当J1，J2，J3，J4满足以下逻辑条件时，参考矢量在所在编号所在的小区间；其中：

1:J1≤0

2J1＞0&&[(J2≥0&&J3≤0)||(J2＜0&&J4≤0)]

3；(J2＞0&&J3＞0)&&J4≤0

4:(J2＜0&&J4＞0)&&J3≤0

5:(J2＞0&&J4＞0)||(J2＜0&&J3＞0)

进一步地，所述的虚拟空间矢量算法输出电压矢量作用时间(五个小区间)是：

根据调制方法将扇区K分为五个小扇区，在一个开关周期T_s内，采用最近三矢量NTV(the Nearest Three spave Vector)方法，根据伏秒平衡法则有:

以下是参考矢量位于K扇区中的区间1～5区间时的输出电压矢量作用时间表达式：

第一小区间

第二小区间

第三小区间

第四小区间

第五小区间

其中T₀，T₁，T₂，T₃，T₄，T_m分别代表位于图3所在位置编号上的矢量占空比，T_s表示采样周期，g、h代表奇偶坐标系镜像下电压矢量转换到第一区间后的投影值。

进一步地，所述的虚拟空间矢量算法矢量分配原则与开关序列优化方法是：简化的虚拟空间方法通过坐标系的变化后，无需考虑大扇区的划分直接得出的六大扇区开关顺序，各扇区开关顺序如下：

第1小扇区V_3p,V_1p,V₅,V_3n,V_1n,V_3n,V₅,V_1p,V_3p

第2小扇区V_3p,V_1p,V₀,V_3n,V_1n,V_3n,V₀,V_1p,V_3p

第3小扇区V_3p,V_1p,V₅,V₂,V_1n,V₂,V₅,V_1p,V_3p

第4小扇区V_3p,V₄,V₅,V_3n,V_1n,V_3n,V₅,V₄,V_3p

第5小扇区V_3p,V₄,V₅,V₂,V_1n,V₂,V₅,V₄,V_3p；

直接把所选择的电压矢量映射成三电平逆变器的开关状态；由于三电平逆变器每相桥臂的开关管的开关状态互补，因此三电平逆变器的控制可以简化为控制每相上桥臂的两个开关管的开关状态，而下桥臂两个开关管与上桥臂两个开关管开关状态互补；桥臂开关管S ax的导通或关断信号， x＝1，2；b，c桥臂类似。

进一步地，所述的参考矢量位于第一和第二大扇区的矢量作用顺序如下：

第一扇区：

1 PPP→POO→OOO→OON→ONN→OON→OOO→POO→PPO

2 PPO→POO→PON→OON→ONN→OON→PON→POO→PPO

3 PPO→POO→PON→PNN→ONN→PNN→PON→POO→PPO

4 PPO→PPN→PON→OON→ONN→OON→PON→PPN→PPO

5 PPO→PPN→PON→PNN→ONN→PNN→PON→PPN→PPO

第二扇区：

1 PPO→OPO→OOO→OON→NON→OON→OOO→OPO→PPO

2 PPO→OPO→OPN→OON→NON→OON→OPN→OPO→PPO

3 PPO→OPO→OPN→OPN→NON→OPN→OPN→OPO→PPO

4 PPO→PPN→OPN→OON→NON→OON→OPN→PPN→PPO

5 PPO→PPN→OPN→NPN→NON→NPN→OPN→PPN→PPO

进一步地，所述的三电平逆变器的开关状态的电流电压采样信号进行简单处理后给DSP的A/D端口，在DSP中实现PI调节，其输出给IPM，输出12路OVSVM(Odevity VirtualSpace Vector Modulation)波，经过隔离，功率放大后驱动逆变器的电流电压输出；从而实现闭环控制。

本发明的优点在于：

(1)能够消除直流侧电容中点的低频振荡；

(2)较于传统的SVPWM不需要大量三角函数的运算和查表判断能直接得出电压矢量作用时间和顺序，减少了控制器的运算负担。

(3)简化了三电平逆变器空间矢量调制算法，有助于空间矢量调制算法在多电平逆变器中的推广应用。

附图说明

图1是三电平逆变器在虚拟空间矢量图下的奇偶镜像坐标分区图；

图2是三电平逆变器的小扇区划分图；

图3是三电平逆变器拓扑结构图；

图4是根据本发明控制策略在A3和B3扇区分配的开关序列；

图5是逆变器控制系统设计图；

图6是逆变器输出线电压U_bc仿真波形；

图7是逆变器输出线电压U_bc实例波形；

图8是逆变器输出相电压U_bc仿真波形；

图9是逆变器输出相电压U_bc实例波形；

图10是系统稳定运行时直流侧电容电压实例波形图；

图11是直流侧电容电压实例动态波形图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来进一步阐述本发明。

实施例一

附图给出了本发明的一个实施例，通过附图可以看出，本发明涉及一种NPC型三电平逆变器抑制直流侧中点低频振荡的调制方法，直接把三电平逆变器的三项参考电压映射到60度坐标系内，以空间矢量的六大扇区根据奇数和偶数扇区区别调制，在奇数扇区，建立gh轴坐标系，在偶数扇区建立hg轴坐标系，并且结合虚拟空间矢量算法，通过虚拟矢量消除了逆变器在直流侧电容中点电位的低频振荡的现况，达到NPC型三电平逆变器抑制直流侧中点低频振荡的调制效果。

所述的虚拟空间矢量方法下参与合成中矢量的各个基本矢量作用时刻相同，各相电流恒定，三相三线制系统中合成矢量满足i_a+i_b+i_c＝0,由此来消除中矢量对中点电压影响。

所述的以三电平逆变器的三项参考电压映射到60度坐标系内是，将三项参考电压映射到60度坐标系当中；空间矢量的六大扇区根据奇数和偶数扇区区别调制，在奇数扇区，建立gh轴坐标系，在偶数扇区建立hg 轴坐标系；设K扇区表示六大扇区中任意扇区，当参考矢量位于第K扇区时:

所述的K扇区合成虚拟空间矢量的N型小矢量和P型小矢量转化到第一区间后分别位于U_1n和U_3p的位置上,定义为u_1nK和u_3pK。若设u_5K为K 扇区中的中矢量，u_mK表示K扇区中的虚拟矢量则有： u_mK＝1/3(u_3pK+u_1nK+u_5K)。

所述的虚拟空间矢量算法是，根据扇区小区间划分的原则，简化输出电压矢量作用时间和顺序，将整个三电平空间矢量图看做一个整体：将第K扇区的矢量坐标变换到第一个区间：g_ref，h_ref代表输出电压矢量在原gh 参考坐标系下的投影值。g₁，h₁代表奇偶镜像坐标系下电压矢量转换到第一区间后的投影值；

当K＝1,3,5时

当K＝2,4,6时

其中，C为修正系数；

由此可推得坐标转换到第一扇区后的表达式:

Ⅰ扇区g₁＝g_ref，h₁＝h_ref

Ⅱ扇区g₁＝-g_ref，h₁＝g_ref+h_ref

Ⅲ扇区g₁＝h_ref，h₁＝-g_ref-h_ref

Ⅳ扇区g₁＝-h_ref，h₁＝-gr_ef

Ⅴ扇区g₁＝-g_ref-h_ref，h₁＝g_ref

Ⅵ扇区g₁＝g_ref+h_ref，h₁＝-h_ref

其它扇区的表达式与第一扇区的方式相同。

本实施例所采用的技术方案包括以下步骤：

1)将三项参考电压映射到60度坐标系当中。空间矢量的六大扇区根据奇数

和偶数扇区区别调制，在奇数扇区，建立gh轴坐标系，在偶数扇区建立 hg轴坐标系(见附图1)。设K扇区表示A～F任意扇区，当参考矢量位于第K扇区时:

若K＝1,3,5；则K扇区的坐标系及小区间划分五个区间。K＝2,4,6时，则K扇区的坐标系及其小区相较与奇数扇区，偶数扇区gh轴位置镜像，小区间1、2、5位置不变,小扇区3、4位置互换(见附图2)。

2)K扇区合成虚拟空间矢量的N型小矢量和P型小矢量转化到第一区间后分别位于U_1n和U_3p的位置上,定义为u_1nK和u_3pK。若设u_5K为K扇区中的中矢量，u_mK表示K扇区中的虚拟矢量则有：u_mK＝1/3(u_3pK+u_1nK+u_5K)。

3)根据(1)的扇区小区间划分，将整个三电平空间矢量图看做一个整体：将第K扇区的矢量坐标变换到第一个区间：g_ref，h_ref代表输出电压矢量在原gh参考

坐标系下的投影值。g₁，h₁代表奇偶镜像坐标系下电压矢量转换到第一区间后的投影值，

当K＝1,3,5时

当K＝2,4,6时

4)由此可推得坐标转换到第一扇区后的表达式:

Ⅰ扇区g₁＝g_ref，h₁＝h_ref

Ⅱ扇区g₁＝-g_ref，h₁＝g_ref+h_ref

Ⅲ扇区g₁＝h_ref，h₁＝-g_ref-h_ref

Ⅳ扇区g₁＝-h_ref，h₁＝-gr_ef

Ⅴ扇区g₁＝-g_ref-h_ref，h₁＝g_ref

Ⅵ扇区g₁＝g_ref+h_ref，h₁＝-h_ref

5)判断参考矢量所在小区间：

若另J1，J2，J3，J4四条直线将小区间划分为五个扇区，则在任意大扇区内有:

J1＝g_k+h_k-1

J2＝g_k-h_k

J3＝g_k+0.5h_k-1

J4＝h_k+0.5g_k-1

当J1，J2，J3，J4满足以下逻辑条件时，参考矢量在所在编号所在的小区间。

1:J1≤0

2J1＞0&&[(J2≥0&&J3≤0)||(J2＜0&&J4≤0)]

3；(J2＞0&&J3＞0)&&J4≤0

4:(J2＜0&&J4＞0)&&J3≤0

5:(J2＞0&&J4＞0)||(J2＜0&&J3＞0)

6)输出电压矢量作用时间(五个小区间)

根据OVSVM(Odevity Virtual Space Vector Modulation)的调制方法将扇区K分为五个小扇区，在一个开关周期T_s内，采用最近三矢量NTV(the Nearest Three spaveVector)方法，根据伏秒平衡法则有:

以下是参考矢量位于K扇区中的区间1～5区间时的输出电压矢量作用时间表达式。

第一小区间

第二小区间

第三小区间

第四小区间

第五小区间

7)矢量分配原则与开关序列优化

简化的虚拟空间方法通过坐标系的变化后，OVSVM (Odevity Virtual SpaceVector Modulation)给出了无需考虑大扇区的划分直接得出的六大扇区开关顺序。

第1小扇区V_3p,V_1p,V₅,V_3n,V_1n,V_3n,V₅,V_1p,V_3p

第2小扇区V_3p,V_1p,V₀,V_3n,V_1n,V_3n,V₀,V_1p,V_3p

第3小扇区V_3p,V_1p,V₅,V₂,V_1n,V₂,V₅,V_1p,V_3p

第4小扇区V_3p,V₄,V₅,V_3n,V_1n,V_3n,V₅,V₄,V_3p

第5小扇区V_3p,V₄,V₅,V₂,V_1n,V₂,V₅,V₄,V_3p

该算法优点在于他能直接把所选择的电压矢量映射成三电平逆变器的开关状态(见附图4)。由于三电平逆变器每相桥臂的开关管1和3的开关状态互补，开关管2和4的开关状态互补，因此三电平逆变器的控制可以简化为控制每相上桥臂的两个开关管的开关状态，而下桥臂两个开关管与上桥臂两个开关管开关状态互补。桥臂开关管S ax的导通或关断信号，x＝1，2；b，c桥臂类似。

下面仅给出参考矢量位于第一和第二大扇区的矢量作用顺序。

第一扇区：

1 PPP→POO→OOO→OON→ONN→OON→OOO→POO→PPO

2 PPO→POO→PON→OON→ONN→OON→PON→POO→PPO

3 PPO→POO→PON→PNN→ONN→PNN→PON→POO→PPO

4 PPO→PPN→PON→OON→ONN→OON→PON→PPN→PPO

5 PPO→PPN→PON→PNN→ONN→PNN→PON→PPN→PPO

第二扇区：

1 PPO→OPO→OOO→OON→NON→OON→OOO→OPO→PPO

2 PPO→OPO→OPN→OON→NON→OON→OPN→OPO→PPO

3 PPO→OPO→OPN→OPN→NON→OPN→OPN→OPO→PPO

4 PPO→PPN→OPN→OON→NON→OON→OPN→PPN→PPO

5 PPO→PPN→OPN→NPN→NON→NPN→OPN→PPN→PPO

8)将三电平逆变器的开关状态的电流电压采样信号进行简单处理后给DSP的A/D端口，在DSP中实现PI调节，其输出给IPM，输出12路 OVSVM波，经过隔离，功率放大后驱动逆变器的电流电压输出。从而实现闭环控制。具体见图5逆变器控制系统设计图。

其中，三相变流系统参数设定如表1示。

表1

直流电压	采样频率	直流侧电容	滤波电感	滤波电容
					50V	5kHz	470uF	1.4mH	3.3uF
纯电阻负载	极对数	额定转速	负载转矩	永磁磁链
					15Ω	4	2500rpm	4.0Nm	0.1286Wb

图3为三相NPC型三电平逆变器的拓扑结构图(主电路结构图)。图中输入直流电压为U dc，电容两端的电压为Uc1，Uc2。中点电压为 Unp，其值与Uc2相同，在正常情况下，中点电压不发生偏移，U np＝U dc/2。但是由于支撑电容参数的不一致，负载不平衡以及调制策略等原因，会使电容充放电不平衡，导致中点电压波动，中点电压波动值dUc，定义为dU c＝U c1-U c2。

图6为传统的三电平SVM调制方法和本发明OVSVM方法(三电平逆变器抑制直流侧中点低频振荡的调制方法)(见图7)的线电压和相电压的对比。由图可见，采用传统的SVM控制方法，中点电压发生明显偏移，并且存在1V左右的低频振荡。而采用OVSVM方法两直流侧电容电压基本一致，有效的控制了中点电压，验证了算法的有效性。为了证明本文提出的OVSVM方法有着对直侧电容电压不相等时对中点电位平衡的控制能力,以一个的实例进行验证：使用MYWAY公司的MWBFP2-1040APL作为直流源；使用DSPTMS320C28335作为核心控制器；使用三电平IGBT 模块IKP40N65F5作为开关器件。使用泰克公司的TPS2012B示波器。在调制度m＝0.7下，直流侧电容能够迅速达到平衡。使得初始时刻电容电压充电至U_dc1＝45V，U_dc2＝0V，实例结果表明0.43s后，控制直流侧分压电容电压偏差减小为零，实例表明直流侧两电容电压能较快地稳定，且不存在低频振荡。所得到的逆变器输出相电压U_bc仿真波形见图8。所得到的逆变器输出相电压U_bc实例波形见图9。图10是系统稳定运行时直流侧电容电压实例波形图。图11是直流侧电容电压实例动态波形图。

实施例二

实施例二的基本控制原理与实施例一一样，只是方式稍有不同，为一种NPC型三电平逆变器抑制直流侧中点低频振荡的调制方法，直接把三电平逆变器的三项参考电压映射到60度坐标系内，以空间矢量的六大扇区根据奇数和偶数扇区区别调制，在奇数扇区，建立gh轴坐标系，在偶数扇区建立hg轴坐标系，并且结合虚拟空间矢量算法，通过虚拟矢量消除了逆变器在直流侧电容中点电位的低频振荡的现况，达到NPC型三电平逆变器抑制直流侧中点低频振荡的调制效果。

其中，所述虚拟空间矢量方法下参与合成中矢量的各个基本矢量作用时刻相同，各相电流恒定，三相三线制系统中合成矢量满足i_a+i_b+i_c＝0,由此来消除中矢量对中点电压影响。

将三项参考电压映射到60度坐标系当中。空间矢量的六大扇区根据奇数和偶数扇区区别调制，在奇数扇区，建立gh轴坐标系，在偶数扇区建立hg轴坐标系。

根据上面所述，g_ref、h_ref代表输出电压矢量在第K区间原g-h参考坐标系下的投影值。g、h代表电压矢量转换到第一区间后的投影值。简化输出电压矢量作用时间和顺序，将整个三电平空间矢量图看做一个整体：将第K扇区的矢量坐标变换到第一个区间：

当K＝1,3,5时[g h]＝[g_ref h_ref]C

当K＝2,4,6时[h g]＝[g_ref h_ref]C

三电平逆变器虚拟空间调制算法特征在将各个扇区投影值于转换到第一扇区后的表达式为在Ⅰ扇区g＝g_refh＝h_ref，Ⅱ扇区g＝-g_refh＝g_ref+h_ref，Ⅲ扇区g＝h_refh＝-g_ref-h_ref，Ⅳ扇区g＝-h_refh＝-g_ref，Ⅴ扇区g＝-g_ref-h_refh＝g_ref，Ⅵ扇区g＝g_ref+h_refh＝-h_ref。

将扇区K分为五个小扇区，在一个开关周期T_S内，采用最近三矢量 NTV(theNearest Three spave Vector)方法，位于K扇区中的区间1～5区间时的输出电压矢量作用时间表达式。

第一小区间T₀＝1-g-h，T₁＝g，T₃＝h

第二小区间T_m＝3(g+h-1)，T₁＝-g-2h+2，T₃＝-2g-h+2

第三小区间T_m＝1.5h，T₁＝-g-2h+2，T₂＝g+0.5h-1

第四小区间T_m＝1.5g，T₃＝-2g-h+2，T₄＝0.5g+h-1

第五小区间T_m＝-1.5g-1.5h+3，T₂＝g+0.5h-1，T₄＝0.5g+h-1

根据上述标记结果，计算确定采样周期T_s内逆变器三相上桥臂开关对应的占空比gh根据所述的占空比计算确定采样周期T_s内逆变器三相上桥臂开关对应的导通时刻Ta1on～T c1on关断时刻T a12off～T c1off。

由此可见按照本文方法所给出的顺序表分配开关顺序在两个扇区间切换时的开关序列，从奇数扇区过渡到偶数扇区，以公共的P型小矢量为起点，实现了扇区的平滑过渡。且在K扇区内全部采用相同的正小矢量为首尾矢量。

本发明的优点在于：

(1)能够消除直流侧电容中点的低频振荡；

Claims

1.一种NPC型三电平逆变器抑制直流侧中点低频振荡的调制方法，其特征在于：直接把三电平逆变器的三相参考电压映射到60度坐标系内，以空间矢量的六大扇区根据奇数和偶数扇区区别调制，在奇数扇区，建立gh轴坐标系，在偶数扇区建立hg轴坐标系，并且结合虚拟空间矢量算法，通过虚拟矢量消除了逆变器在直流侧电容中点电位的低频振荡的现况，达到NPC型三电平逆变器抑制直流侧中点低频振荡的调制效果；所述的通过虚拟矢量消除了逆变器在直流侧电容中点电位的低频振荡的现况是认定虚拟空间矢量方法下参与合成中矢量的各个基本矢量作用时刻相同，各相电流恒定，三相三线制系统中合成矢量满足ia+ib+ic=0,由此来消除中矢量对中点电压影响。

2.如权利要求1所述的NPC型三电平逆变器抑制直流侧中点低频振荡的调制方法，其特征在于：所述的把三电平逆变器的三相参考电压映射到60度坐标系内是，将三相参考电压映射到60度坐标系当中；设K扇区表示六大扇区中任意扇区，当参考矢量位于第K扇区时:

若K=1,3,5时，则K扇区的坐标系及小区间划分五个区间；K=2,4,6时，则K扇区的坐标系及其小区间相较与奇数扇区，偶数扇区gh轴位置镜像，小区间1、2、5位置不变, 小区间3、4位置互换。

3.如权利要求2所述的NPC型三电平逆变器抑制直流侧中点低频振荡的调制方法，其特征在于：所述的K扇区合成虚拟空间矢量的N型小矢量和P型小矢量转化到第一区间后的位置, 定义为u_1nK和u_3pK；若设 u_5K 为K扇区中的中矢量，u _mK表示K扇区中的虚拟矢量，则有：u_mK=1/3(u_3pK+u_1nK+u_5K)。

4.如权利要求1所述的NPC型三电平逆变器抑制直流侧中点低频振荡的调制方法，其特征在于：所述的虚拟空间矢量算法是，根据扇区小区间划分的原则，简化输出电压矢量作用时间和顺序，将整个三电平空间矢量图看做一个整体：将第K扇区的矢量坐标变换到第一区间：g_ref，h_ref代表输出电压矢量在原gh参考坐标系下的投影值；g_1，h₁代表奇偶镜像坐标系下电压矢量转换到第一区间后的投影值；

当K=1,3,5时

当K=2,4,6时

其中，C为修正系数；

由此可推得坐标转换到第一区间后的表达式:

Ⅰ扇区g₁=g_ref ，h₁=h_ref

Ⅱ扇区g₁=-g_ref ，h₁=g_ref+h_ref

Ⅲ扇区g₁=h_ref，h₁=-g_ref-h_ref

Ⅳ扇区g₁=-h_ref，h₁=-gr_ef

Ⅴ扇区g₁=-g_ref-h_ref ，h₁=g_ref

Ⅵ扇区g₁=g_ref+h_ref，h₁=-h_ref

其它区间的表达式与第一区间的方式相同。

5.如权利要求4所述的NPC型三电平逆变器抑制直流侧中点低频振荡的调制方法，其特征在于：所述的虚拟空间矢量算法判断参考矢量所在小区间的方法是：

。

6.如权利要求4所述的NPC型三电平逆变器抑制直流侧中点低频振荡的调制方法，其特征在于：所述的虚拟空间矢量算法矢量分配原则与开关序列优化方法是：简化的虚拟空间方法通过坐标系的变化后，无需考虑大扇区的划分直接得出的六大扇区开关顺序，各扇区开关顺序如下：

第1小扇区V_3p,V_1p,V₅,V_3n,V_1n,V_3n,V₅,V_1p,V_3p

第2小扇区V_3p,V_1p,V₀,V_3n,V_1n,V_3n,V₀,V_1p,V_3p

第3小扇区V_3p,V_1p,V₅,V₂,V_1n,V₂,V₅,V_1p,V_3p

第4小扇区V_3p,V₄,V₅,V_3n,V_1n,V_3n,V₅,V₄,V_3p

第5小扇区V_3p,V₄,V₅,V₂,V_1n,V₂,V₅,V₄,V_3p；

直接把所选择的电压矢量映射成三电平逆变器的开关状态；由于三电平逆变器每相桥臂的开关管的开关状态互补，因此三电平逆变器的控制可以简化为控制每相上桥臂的两个开关管的开关状态，而下桥臂两个开关管与上桥臂两个开关管开关状态互补。

7.如权利要求5所述的NPC型三电平逆变器抑制直流侧中点低频振荡的调制方法，其特征在于：所述的参考矢量位于第一和第二大扇区的矢量作用顺序如下：

第一扇区：

1PPP→POO→OOO→OON→ONN→OON→OOO→POO→PPO

2 PPO→POO→PON→OON→ONN→OON→PON→POO→PPO

3 PPO→POO→PON→PNN→ONN→PNN→PON→POO→PPO

4 PPO→PPN→PON→OON→ONN→OON→PON→PPN→PPO

5 PPO→PPN→PON→PNN→ONN→PNN→PON→PPN→PPO

第二扇区：

1PPO→OPO→OOO→OON→NON→OON→OOO→OPO→PPO

2 PPO→OPO→OPN→OON→NON→OON→OPN→OPO→PPO

3 PPO→OPO→OPN→OPN→NON→OPN→OPN→OPO→PPO

4 PPO→PPN→OPN→OON→NON→OON→OPN→PPN→PPO

5 PPO→PPN→OPN→NPN→NON→NPN→OPN→PPN→PPO。

8.如权利要求1所述的NPC型三电平逆变器抑制直流侧中点低频振荡的调制方法，其特征在于：所述的三电平逆变器的开关状态的电流电压采样信号进行简单处理后给DSP的A/D端口，在DSP中实现PI调节，其输出给IPM，输出12路OVSVM（Odevity Virtual Space VectorModulation）波，经过隔离，功率放大后驱动逆变器的电流电压输出；从而实现闭环控制。