CN110071655B - 一种简化的多电平变换器空间矢量调制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种简化的多电平变换器空间矢量调制方法，涉及多电平变换器空间矢量调制方法领域，为解决传统SVM技术随电平数增加冗余开关状态大大增加，冗余开关状态的计算以及合适的开关状态的选择导致SVM实现困难的问题。包括以下步骤：步骤一：建立矢量表达式；步骤二：建立参考矢量轨迹模型；步骤三：用参考矢量和基本矢量的坐标分量及相应分量和分别表示参考信号和电平信号；步骤四：构造星型连接多电平变换器；步骤五：对星型连接多电平变换器相电压参考矢量轨迹模型采样，并合成参考矢量；步骤六：计算等效基本矢量作用时间；步骤七：将星型连接多电平变换器的等效基本矢量的分量及分量和作为控制三角形连接多电平变换器线电压的开关状态。
Description
技术领域
本发明涉及多电平变换器空间矢量调制方法领域，具体为一种简化的多电平变换器空间矢量调制方法。
背景技术
当前大容量多电平变流装置多采用载波移相调制(Carrier Phase ShiftedModulation，CPS)和最近电平调制(Nearest Level Modulation，NLM)。载波移相调制技术随着级联子模块数量的增多，对载波同步性要求更高，需要大量的硬件资源和严苛的逻辑时序。因此，采用CPS的多电平变换器，其电平数不高，限制了变换器电压等级的提升。最近电平调制技术，当电平数较小时电压跟踪误差大，且其输出电压的频谱中，大量谐波分量广泛地分布于较宽的频带内，并没有特征次谐波出现，从而对滤波器的设计造成了很大困难。综上，载波移相调制和最近电平调制都有特殊的电平调制适应范围，与上述两种调制方法相比，空间矢量调制(Space Vector Modulation，SVM)很容易扩展到任意拓扑、任意电平数的多电平变换器，在相同直流电压下，SVM的直流电压利用率比载波调制的高15.47％，且具有电压跟踪误差小、开关频率低、开关损耗小等优点。
SVM策略被广泛应用于三电平和五电平变换器中，但在高压大容量变换器工业应用中却不普遍，原因在于SVM技术随着电平数的增加，需要2/3转换，冗余开关状态矢量大大增加，对冗余开关状态矢量的计算以及合适的开关状态的选择导致SVM算法实现难度大大增加；因此市场急需研制一种简化的多电平变换器空间矢量调制方法来帮助人们解决现有的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简化的多电平变换器空间矢量调制方法，利用星形连接变换器的相电压与线电压之间的关系，将相电压参考信号计算出的参考矢量直接作为线电压参考矢量，将合成参考矢量的基本矢量的分量及两个分量的和直接作为控制线电压的开关状态信号，避免了2/3转换，不会出现冗余开关状态矢量，大大简化了SVM算法，同时又确保了系统的共模电压为零。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种简化的多电平变换器空间矢量调制方法，包括以下步骤：
步骤一：传统笛卡尔坐标系(简称α-β坐标系)上相电压对应的基本矢量Vαβ(vα,vβ)的表达式为：
式中，vα和vβ表示基本矢量Vαβ对应的坐标分量，va、vb和vc分别表示多电平变换器三个相电压对应的电平，(va,vb,vc)称为基本矢量Vαβ对应的开关状态，对于n电平变换器，va,vb,vc∈[(n-1),(n-2),L,2,1,0]；
α-β坐标系上根据相电压参考信号计算的参考矢量Vrαβ(vrα,vrβ)为：
式中，vrα和vrβ表示参考矢量Vrαβ对应的坐标分量；
步骤二：将α-β平面的坐标轴逆时针旋转45°并压缩轴向比例，得α'-β'坐标系，建立参考矢量轨迹模型：
α'-β'坐标系上的基本矢量V'(v'α,v'β)为：
式中，v'α和v'β表示基本矢量V'对应的坐标分量；
α'-β'坐标系上根据相电压参考信号计算的参考矢量Vr'(v'rα,v'rβ)为：
式中，v'rα和v'rβ表示参考矢量Vr'对应的坐标分量；
α'-β'坐标系上，参考矢量轨迹模型为：
步骤三：在α'-β'坐标系中，用参考矢量Vr'的坐标分量及两个坐标分量之和v'rα、v'rβ、v'rα+v'rβ分别表示线电压参考信号-urca、-urab、urbc，用基本矢量V'的坐标分量及两个坐标分量之和v'α、v'β、v'α+v'β分别表示线电压电平信号-vca、-vab、vbc：
式中，urab、urbc和urca分别表示三个线电压的参考信号；
式中，vab、vbc和vca分别表示三个线电压对应的电平，vab,vbc,vca∈[±n,±(n-1),L,±2,±1,0]，每个线电压输出2n+1个电平；
步骤四：构造一个新的星型连接多电平变换器，使其线电压参考信号与被控制的三角形连接多电平变换器的线电压参考信号相同；
步骤五：对被构造的星型连接多电平变换器参考矢量轨迹模型进行采样，计算最靠近被采样参考矢量Vr'的三个基本矢量，并把这三个基本矢量作为等效基本矢量，三个等效基本矢量组成一个扇区三角形，利用这三个等效基本矢量合成参考矢量；
步骤六：利用伏秒平衡原理计算合成采样参考矢量的等效基本矢量作用时间：
当参考矢量位于Ⅰ型扇区内，有：
式中，t1、t2、t3分别表示矢量V1'、V2'、V3'的作用时间，TS表示采样周期；
当参考矢量位于Ⅱ型扇区内，有：
式中，t0、t1、t3分别表示矢量V0'、V1'、V3'的作用时间；
步骤七：将星型连接多电平变换器相电压参考矢量的等效基本矢量的分量及两个分量的和作为控制三角形连接多电平变换器线电压的开关状态。
优选的，所述步骤五中，相邻三个基本矢量组成的扇区三角形均为等腰直角三角形，且其直角边长为单位1，形状有Ⅰ型和Ⅱ型两种，组成Ⅰ型和Ⅱ型扇区三角形的基本矢量包括V0'(v'α,v'β)，V1'(v'α+1,v'β)，V2'(v'α+1,v'β+1)和V3'(v'α,v'β+1)，
且
式中，floor(*)表示向下取整函数；
第一种情况：当(v'rα-v'α)+(v′rβ-v'β)≥1时，参考矢量位于Ⅰ型扇区内，用矢量V1'(v'α+1,v'β)、V2'(v'α+1,v'β+1)和V3'(v'α,v'β+1)合成参考矢量；
第二种情况：当(v'rα-v'α)+(v′rβ-v'β)＜1，参考矢量位于Ⅱ型扇区内，用矢量V0'(v'α,v'β)、V1'(v'α+1,v'β)和V3'(v'α,v'β+1)合成参考矢量。
优选的，所述参考矢量位于Ⅰ型扇区三角形内，利用V1'、V2'、V3'分时制合成参考电压矢量Vr'时，对应三角形连接多电平变换器的开关状态分别为(-v'β,v'α+v'β+1,-(v'α+1))、(-(v'β+1),v'α+v'β+2,-(v'α+1))、(-(v'β+1),v'α+v'β+1,-v'α)：
(1)在基本矢量V1'作用时间段，即用-v'β、v'α+v'β+1、-(v'α+1)分别作为被控三角形连接多电平变换器AB相、BC相、CA相的控制信号；
(2)在基本矢量V2'作用时间段，即用-(v'β+1)、v'α+v'β+2、-(v'α+1)分别作为被控三角形连接多电平变换器AB相、BC相、CA相的控制信号；
(3)在基本矢量V3'作用时间段，即用-(v'β+1)、v'α+v'β+1、-v'α分别作为被控三角形连接多电平变换器AB相、BC相、CA相的控制信号。
优选的，所述参考矢量位于Ⅱ型扇区内，利用V0'、V1'、V3'分时制合成参考电压矢量Vr'时，对应三角形连接多电平变换器的开关状态分别为(-v'β,v'α+v'β,-v'α)、(-v'β,v'α+v'β+1,-(v'α+1))、(-(v'β+1),v'α+v'β+1,-v'α)：
(1)在基本矢量V0'作用时间段，即用-v'β、v'α+v'β、-v'α分别作为被控三角形连接多电平变换器AB相、BC相、CA相的控制信号；
(2)在基本矢量V1'作用时间段，即用-v'β、v'α+v'β+1、-(v'α+1)分别作为被控三角形连接多电平变换器AB相、BC相、CA相的控制信号；
(3)在基本矢量V3'作用时间段，即用-(v'β+1)、v'α+v'β+1、-v'α分别作为被控三角形连接多电平变换器AB相、BC相、CA相的控制信号。
优选的，所述开关状态在任一时刻的三个分量之和都是0，即三相变换器输出共模电压为0。
优选的，所述开关状态作为三角形连接多电平变换器线电压的控制信号，其中三个开关状态两两之间有两个分量各相差一个电平，即在一个参考矢量采样周期内，开关状态切换的时候可以以三个开关状态中的任意一个为起点采用四段切换方法实现切换路径封闭，当所述参考矢量位于Ⅰ型扇区三角形内时，开关状态切换序列有三种模式：
模式①：
对应的切换时间为t1/2→t2→t3→t1/2，
模式②：
对应的切换时间为t2/2→t3→t1→t2/2，
模式③：
对应的切换时间为t3/2→t1→t2→t3/2，
三种模式任选一种；
当所述参考矢量位于Ⅱ型扇区三角形内时，开关状态切换序列有三种模式：
模式①：
对应的切换时间为t0/2→t1→t3→t0/2，
模式②：
对应的切换时间为t1/2→t3→t0→t1/2，
模式③：
对应的切换时间为t3/2→t0→t1→t3/2，
三种模式任选一种。
优选的，所述的三角形连接多电平变换器中每一相由2k个H桥子模块级联而成，输出的线电压有4k+1个电平，所述的星形连接多电平变换器输出的相电压有2k+1个电平，输出的线电压有4k+1个电平，即由k个H桥子模块级联的星形连接变换器输出的线电压电平数与由2k个H桥子模块级联的三角形连接变换器输出的线电压电平数相等。
优选的，在α'-β'坐标系中，用简化的多电平变换器空间矢量调制方法实现对2k个H桥子模块级联的三角形连接变换器的调制，实现步骤如下：
步骤1：虚构一个星形连接变换器，该变换器每一相由k个H桥子模块级联；
步骤2：将被控变换器的相电压参考信号除以
即得虚构的变换器的相电压参考信号；
步骤3：在α'-β'坐标系中，对虚构的变换器的相电压参考矢量轨迹模型进行采样，并采用扇区三角形上的三个等效基本矢量合成参考矢量，利用等效基本矢量的坐标分量及两个坐标分量之和作为被控变换器三相的开关状态信号即可实现空间矢量调制。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
通过分析45°旋转坐标系上参考矢量和基本矢量的物理意义，在这种坐标系上，由相电压参考信号计算出的参考矢量的坐标分量及两个分量的和等效为线电压参考信号，基本矢量的坐标分量及两个分量的和等效为控制线电压的开关状态信号，基于此，利用星形连接变换器的相电压与线电压之间的关系，将相电压参考信号计算出的参考矢量的坐标分量及两个分量的和直接作为线电压参考信号，将合成参考矢量的等效基本矢量的坐标分量及两个分量的和直接作为控制线电压的开关状态信号，此方法避免了传统空间矢量调制算法中必须完成的2/3转换过程，不会出现冗余开关状态矢量，大大简化了SVM算法，同时又确保了系统输出的共模电压为零，提高了变换器输出电压的性能，可以很方便的推广应用于任意拓扑的多电平变换器中，且不会增加算法实现的难度。
附图说明
图1为本发明的α-β坐标下5电平变换器空间矢量分布及参考矢量轨迹图；
图2为本发明的α'-β'坐标系与α-β坐标系的变换关系图；
图3为本发明的α'-β'坐标下5电平变换器空间矢量分布及参考矢量轨迹图；
图4为本发明的扇区三角形的定位及参考矢量合成原理图；
图5为本发明的三角形连接级联H桥多电平变换器原理图；
图6为本发明的星形连接级联H桥多电平变换器原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
请参阅图1-6，本发明提供的一种实施例：一种简化的多电平变换器空间矢量调制方法，包括以下步骤：
步骤一：传统笛卡尔坐标系(简称α-β坐标系)上基本矢量及参考矢量的表达式：
其中，设变换器相电压的参考信号为：
式中Ur表示变换器期望输出的相电压幅值，也称参考电压幅值，E表示单位电平对应的直流电压，ω为正弦参考电压角频率。
在α-β坐标系上，根据空间矢量的定义得参考矢量Vrαβ(vrα,vrβ)为：
式中vrα和vrβ表示参考矢量Vrαβ对应的坐标分量；
基本矢量Vαβ(vα,vβ)与三个相电压电平之间的关系为：
式中vα和vβ表示基本矢量Vαβ对应的坐标分量，va、vb和vc分别表示多电平变换器三个相电压的电平，(va,vb,vc)称为基本矢量Vαβ对应的开关状态，对于n电平变换器，va,vb,vc∈[(n-1),(n-2),L,2,1,0]。
建立α-β坐标下5电平变换器参考矢量轨迹及空间矢量分布，其中相邻的三个矢量组成一个扇区三角形，如图1所示。
n电平变换器参考电压幅值的最大值Urmax为：
此时直流电压的利用率最大，设为1，实际直流电压利用率根据参考电压幅值的变化而变化，实际的参考电压幅值为：
Ur＝mUrmax (4)，
式中，m为调制系数，m的变化导致参考矢量轨迹圆半径改变，m的值反映直流电压的利用率，
将式(3)和(4)代入式(1)得：
步骤二：将α-β平面的坐标轴逆时针旋转45°并压缩轴向比例，得α'-β'坐标系，计算α'-β'坐标系上的基本矢量表达式，并建立参考矢量轨迹模型。坐标变换原理如图2所示：
式中Cr为45°逆时针旋转变换矩阵，
Cc为轴向压缩变换矩阵，
将式(2)代入式(6)得，α'-β'坐标系上的基本矢量V'(v'α,v'β)为：
式中，v'α和v'β表示基本矢量V'对应的坐标分量。
α'-β'坐标系上的参考矢量Vr'(v'rα,v'rβ)为：
式中，v'rα和v'rβ表示参考矢量Vr'对应的坐标分量。
α'-β'坐标系上，参考矢量轨迹模型为：
步骤三：在α'-β'坐标系中，用参考矢量Vr'的坐标分量及两个坐标分量之和v'rα、v'rβ、v'rα+v'rβ分别表示线电压参考信号-urca、-urab、urbc，用基本矢量V'的坐标分量及两个坐标分量之和v'α、v'β、v'α+v'β分别表示线电压电平信号-vca、-vab、vbc：
根据式(7)有
式中，urab、urbc和urca分别表示三个线电压的参考信号，式(10)与式(8)一致；
式中，vab、vbc和vca分别表示三个线电压对应的电平，
每个线电压输出2n+1个电平；
α'-β'坐标下5电平变换器参考矢量轨迹及空间矢量分布，如图3所示。
步骤四：构造一个新的星型连接多电平变换器，使其线电压参考信号与被控制的三角形连接多电平变换器的线电压参考信号相同。
步骤五：对被构造的星型连接多电平变换器相电压参考矢量轨迹模型进行采样，计算最靠近被采样参考矢量Vr'的三个基本矢量，并把这三个基本矢量作为等效基本矢量，三个等效基本矢量组成一个扇区三角形，利用这三个等效基本矢量合成参考矢量。
相邻三个基本矢量组成的扇区三角形均为等腰直角三角形，且其直角边长为单位1，形状有Ⅰ型和Ⅱ型两种，采用的扇区三角形定位原理如图4所示，
四个矢量V0'(v'α,v'β)，V1'(v'α+1,v'β)，V2'(v'α+1,v'β+1)和V3'(v'α,v'β+1)组成单位正方形，
且
式中，floor(*)表示向下取整函数；
当(v'rα-v'α)+(v'rβ-v'β)≥1时，参考矢量位于Ⅰ型扇区内，用矢量V1'(v'α+1,v'β)、V2'(v'α+1,v'β+1)和V3'(v'α,v'β+1)合成参考矢量；
当(v'rα-v'α)+(v'rβ-v'β)＜1，参考矢量位于Ⅱ型扇区内，用矢量V0'(v'α,v'β)、V1'(v'α+1,v'β)和V3'(v'α,v'β+1)合成参考矢量；
步骤六：利用伏秒平衡原理计算合成采样参考矢量的等效基本矢量作用时间：
当参考矢量位于Ⅰ型扇区内，根据伏秒平衡原理有
式中，t1、t2、t3分别表示矢量V1'、V2'、V3'的作用时间，TS表示采样周期；
当参考矢量位于Ⅱ型扇区内，根据伏秒平衡原理有
式中，t0、t1、t3分别表示矢量V0'、V1'、V3'的作用时间，
步骤七：将星型连接多电平变换器相电压参考矢量的等效基本矢量的分量及两个分量的和作为控制三角形连接多电平变换器线电压的开关状态。
进一步，多电平变换器包括以H桥子模块级联的三角形连接变换器(如图5所示)和以H桥子模块级联的星形连接变换器(如图6所示)，以H桥子模块级联的三角形连接变换器为例，图中每一相由2k个H桥子模块(如图5(b)所示)级联而成，H桥子模块的输入电压为E，输出电压为usm，当S1和S4导通、S2和S3关断时，usm＝E，当S1和S4关断、S2和S3导通时，usm＝-E，当S1和S3导通、S2和S4关断或者S1和S3关断、S2和S4导通时，usm＝0，每相由2k个子模块级联的三角形连接变换器输出的线电压有4k+1个电平。
每相由k个子模块级联的星型连接变换器输出的相电压有个电平2k+1，输出的线电压有4k+1个电平，即由k个H桥子模块级联的星形连接变换器输出的线电压电平数与由2k个H桥子模块级联的三角形连接变换器输出的线电压电平数相等。
三角形连接的变换器输出的线电压参考信号与星形连接的变换器输出的线电压参考信号相等，根据式(10)可得：
式中，urAB、urBC和urCA分别表示三角形连接变换器的线电压参考信号，urab、urbc和urca分别表示星型连接变换器的线电压参考信号。
根据式(11)可得：
式中，v'AB、v'BC和v'CA分别表示三角形连接变换器的线电压对应的输出电平，(v'AB,v'BC,v'CA)称为三角形连接的变换器的开关状态，v'ab、v'bc和v'ca分别表示星型连接变换器的线电压对应的输出电平。
对于星形连接的变换器，任意参考矢量Vr'(v'rα,v'rβ)用三个矢量V′H(v'αh,v'βh)、VI'(v'αi,v'βi)、V′J(v'αj,v'βj)合成，有：
式中，th、ti和tj分别表示矢量V′H、VI'和V′J的作用时间；
由式(19)可得：
(-v'βh,v'αh+v'βh,-v'αh)、(-v'βi,v'αi+v'βi,-v'αi)、(-v'βj,v'αj+v'βj,-v'αj)分别表示基本矢量V′H、VI'和V′J对应的星型连接变换器线电压的开关状态。根据式(17)和(18)，可将星型连接变换器线电压的开关状态作为三角形连接变换器线电压的开关状态信号，即用星形连接变换器所得线电压开关状态可直接实现对三角形连接变换器线电压的调制。
以图4所示参考矢量Vr'为例，参考矢量Vr'位于Ⅰ型扇区内，利用V1'、V2'和V3'合成Vr'，有：
对式(21)进行线性变换得：
根据(22)，利用开关状态(-v'β,v'α+v'β+1,-(v'α+1))、(-(v'β+1),v'α+v'β+2,-(v'α+1))和(-(v'β+1),v'α+v'β+1,-v'α)分时制合成线电压参考信号(u'rAB,u'rBC,u'rCA)，即可实现对三角形连接变换器线电压的控制。
如果参考矢量Vr'位于Ⅱ型扇区内，利用V0'、V1'和V3'合成Vr'，有：
对式(23)进行线性变换得：
根据(24)，利用开关状态(-v'β,v'α+v'β,-v'α)、(-v'β,v'α+v'β+1,-(v'α+1))和(-(v'β+1),v'α+v'β+1,-v'α)分时制合成线电压参考信号(u'rAB,u'rBC,u'rCA)，即可实现对三角形连接变换器线电压的控制。
进一步，开关状态在任一时刻的三个分量之和都是0，即三相变换器输出共模电压为0。
进一步，开关状态合成线电压参考信号，其中三个开关状态两两之间有两个分量各相差一个电平，在一个参考矢量采样周期内，开关状态切换的时候可以以三个开关状态中的任意一个为起点采用四段切换方法实现切换路径封闭。
参考矢量Vr'位于Ⅰ型扇区内，开关状态切换序列有三种模式：
模式①：
对应的切换时间为t1/2→t2→t3→t1/2，
模式②：
对应的切换时间为t2/2→t3→t1→t2/2，
模式③：
对应的切换时间为t3/2→t1→t2→t3/2，
三种模式任选一种；
参考矢量Vr'位于Ⅱ型扇区内，开关状态切换序列有三种模式：
模式①：
对应的切换时间为t0/2→t1→t3→t0/2，
模式②：
对应的切换时间为t1/2→t3→t0→t1/2，
模式③：
对应的切换时间为t3/2→t0→t1→t3/2，
三种模式任选一种。
根据以上推导可知，在α'-β'坐标系中，只要满足星形连接变换器的级联子模块数是三角形连接变换器的级联子模块数的一半，且星型连接变换器输出线电压参考信号等于三角形连接变换器输出线电压参考信号，即可将星形连接变换器的相电压参考矢量的坐标分量以及两个分量之和作为三角形连接变换器线电压的参考矢量信号，星形连接变换器根据相电压计算的基本矢量的坐标分量以及两个分量之和作为三角形连接变换器线电压对应的开关状态，从而实现三角形变换器的空间矢量调制。
进一步，在α'-β'坐标系中，可以用本发明提出的简化的多电平变换器空间矢量调制方法实现对2k个H桥子模块级联的三角形连接变换器的调制，具体实现方法为：首先虚构一个星形连接变换器(该变换器每一相由k个H桥子模块级联)；第二，将被控变换器的相电压参考信号除以
即得虚构的变换器的相电压参考信号；第三，在α'-β'坐标系中，对虚构的变换器的相电压参考矢量轨迹模型进行采样，并采用扇区三角形上的三个等效基本矢量合成参考矢量，利用等效基本矢量的坐标分量及两个坐标分量之和作为被控变换器三相的开关状态信号，利用虚构变换器的空间矢量直接控制被控变换器即可实现空间矢量调制。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (7)
1.一种简化的多电平变换器空间矢量调制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：传统笛卡尔坐标系上相电压对应的基本矢量Vαβ(vα,vβ)的表达式为：
式中，vα和vβ表示基本矢量Vαβ对应的坐标分量，va、vb和vc分别表示多电平变换器三个相电压对应的电平，(va,vb,vc)称为基本矢量Vαβ对应的开关状态，对于n电平变换器，va,vb,vc∈[(n-1),(n-2),…,2,1,0]；
α-β坐标系上根据相电压参考信号计算的参考矢量Vrαβ(vrα,vrβ)为：
式中，vrα和vrβ表示参考矢量Vrαβ对应的坐标分量，m为调制系数，ω正弦参考电压角频率；
步骤二：将α-β平面的坐标轴逆时针旋转45°并压缩轴向比例，得α′-β′坐标系，建立参考矢量轨迹模型：
α′-β′坐标系上的基本矢量V′(v′α,v′β)为：
式中，v′α和v′β表示基本矢量V′对应的坐标分量；
α′-β′坐标系上根据相电压参考信号计算的参考矢量V′r(v′rα,v′rβ)为：
式中，v′rα和v′rβ表示参考矢量V′r对应的坐标分量；
α′-β′坐标系上，参考矢量轨迹模型为：
式中，Ur表示变换器期望输出的相电压幅值，E表示单位电平对应的直流电压；
步骤三：在α′-β′坐标系中，用参考矢量V′r的坐标分量及两个分量之和v′rα、v′rβ、v′rα+v′rβ分别表示线电压参考信号-urca、-urab、urbc，用基本矢量V′的坐标分量及两个坐标分量之和v′α、v′β、v′α+v′β分别表示线电压电平信号-vca、-vab、vbc：
式中，urab、urbc和urca分别表示三个线电压的参考信号；
式中，vab、vbc和vca分别表示三个线电压对应的电平，vab,vbc,vca∈[±n,±(n-1),…,±2,±1,0]，每个线电压输出2n+1个电平；
步骤四：构造一个新的星形连接多电平变换器，使其线电压参考信号与被控制的三角形连接多电平变换器的线电压参考信号相同；
步骤五：对被构造的星形连接多电平变换器相电压参考矢量轨迹模型进行采样，计算最靠近被采样参考矢量V′r的三个基本矢量，并把这三个基本矢量作为等效基本矢量，三个等效基本矢量组成一个扇区三角形，利用这三个等效基本矢量合成参考矢量；
步骤六：利用伏秒平衡原理计算合成采样参考矢量的等效基本矢量作用时间：
当参考矢量位于Ⅰ型扇区内，有：
式中，t1、t2、t3分别表示矢量V1′、V′2、V′3的作用时间，TS表示采样周期；
当参考矢量位于Ⅱ型扇区内，有：
式中，t0、t1、t3分别表示矢量V′0、V1′、V′3的作用时间；
步骤七：将星形连接多电平变换器相电压参考矢量的等效基本矢量的分量及两个分量的和作为控制三角形连接多电平变换器线电压的开关状态。
2.根据权利要求1所述的一种简化的多电平变换器空间矢量调制方法，其特征在于：所述步骤五中，相邻三个基本矢量组成的扇区三角形均为等腰直角三角形，且其直角边长为单位1，形状有Ⅰ型和Ⅱ型两种，组成Ⅰ型和Ⅱ型扇区三角形的基本矢量包括V′0(v′α,v′β)，V1′(v′α+1,v′β)，V′2(v′α+1,v′β+1)和V′3(v′α,v′β+1)，
且
式中，floor(*)表示向下取整函数；
第一种情况：当(v′rα-v′α)+(v′rβ-v′β)≥1时，参考矢量位于Ⅰ型扇区内，用矢量V1′(v′α+1,v′β)、V′2(v′α+1,v′β+1)和V′3(v′α,v′β+1)合成参考矢量；
第二种情况：当(v′rα-v′α)+(v′rβ-v′β)<1，参考矢量位于Ⅱ型扇区内，用矢量V′0(v′α,v′β)、V1′(v′α+1,v′β)和V′3(v′α,v′β+1)合成参考矢量。
3.根据权利要求2所述的一种简化的多电平变换器空间矢量调制方法，其特征在于：
第一种情况：
当利用V1′、V′2、V′3分时制合成参考电压矢量V′r时，对应三角形连接多电平变换器的开关状态分别为(-v′β,v′α+v′β+1,-(v′α+1))、(-(v′β+1),v′α+v′β+2,-(v′α+1))、(-(v′β+1),v′α+v′β+1,-v′α)：
(1)在基本矢量V1′作用时间段，即用-v′β、v′α+v′β+1、-(v′α+1)分别作为被控三角形连接多电平变换器AB相、BC相、CA相的控制信号；
(2)在基本矢量V′2作用时间段，即用-(v′β+1)、v′α+v′β+2、-(v′α+1)分别作为被控三角形连接多电平变换器AB相、BC相、CA相的控制信号；
(3)在基本矢量V′3作用时间段，即用-(v′β+1)、v′α+v′β+1、-v′α分别作为被控三角形连接多电平变换器AB相、BC相、CA相的控制信号；
第二种情况：
当利用V′0、V1′、V3′分时制合成参考电压矢量Vr′时，对应三角形连接多电平变换器的开关状态分别为(-v′β,v′α+v′β,-v′α)、(-v′β,v′α+v′β+1,-(v′α+1))、(-(v′β+1),v′α+v′β+1,-v′α)：
(1)在基本矢量V′0作用时间段，即用-v′β、v′α+v′β、-v′α分别作为被控三角形连接多电平变换器AB相、BC相、CA相的控制信号；
(2)在基本矢量V1′作用时间段，即用-v′β、v′α+v′β+1、-(v′α+1)分别作为被控三角形连接多电平变换器AB相、BC相、CA相的控制信号；
(3)在基本矢量V′3作用时间段，即用-(v′β+1)、v′α+v′β+1、-v′α分别作为被控三角形连接多电平变换器AB相、BC相、CA相的控制信号。
4.根据权利要求3所述的一种简化的多电平变换器空间矢量调制方法，其特征在于：所述开关状态在任一时刻的三个分量之和都是0，即三相变换器输出共模电压为0。
5.根据权利要求3所述的一种简化的多电平变换器空间矢量调制方法，其特征在于：所述开关状态作为三角形连接多电平变换器线电压的控制信号，其中三个开关状态两两之间有两个分量各相差一个电平，在一个参考矢量采样周期内，开关状态切换的时候以三个开关状态中的任意一个为起点采用四段切换方法实现切换路径封闭，
第一种情况的开关状态切换序列有三种模式：
模式①：
对应的切换时间为t1/2→t2→t3→t1/2，
模式②：
对应的切换时间为t2/2→t3→t1→t2/2，
模式③：
对应的切换时间为t3/2→t1→t2→t3/2，
三种模式任选一种；
第二种情况的开关状态切换序列有三种模式：
模式①：
对应的切换时间为t0/2→t1→t3→t0/2，
模式②：
对应的切换时间为t1/2→t3→t0→t1/2，
模式③：
对应的切换时间为t3/2→t0→t1→t3/2，
三种模式任选一种。
6.根据权利要求1所述的一种简化的多电平变换器空间矢量调制方法，其特征在于：所述的三角形连接多电平变换器中每一相由2k个H桥子模块级联而成，输出的线电压有4k+1个电平，所述的星形连接多电平变换器每一相由k个H桥子模块级联而成，输出的相电压有2k+1个电平，输出的线电压有4k+1个电平，即由k个H桥子模块级联的星形连接变换器输出的线电压电平数与由2k个H桥子模块级联的三角形连接变换器输出的线电压电平数相等。
7.根据权利要求1所述的一种简化的多电平变换器空间矢量调制方法，其特征在于，在α′-β′坐标系中，用简化的多电平变换器空间矢量调制方法实现对2k个H桥子模块级联的三角形连接变换器的调制，实现步骤如下：
步骤1：虚构一个星形连接变换器，该变换器每一相由k个H桥子模块级联；
步骤2：将被控变换器的相电压参考信号除以
即得虚构的变换器的相电压参考信号；
步骤3：在α′-β′坐标系中，对虚构的变换器的相电压参考矢量轨迹模型进行采样，并采用扇区三角形上的三个等效基本矢量合成参考矢量，利用等效基本矢量的坐标分量及两个坐标分量之和作为被控变换器三相的开关状态信号即可实现空间矢量调制。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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