CN110112945B - 三电平逆变器中点电压控制和共模电压抑制的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三电平逆变器中点电压控制和共模电压抑制的方法及系统，包括：通过合理构建虚拟小矢量和中矢量，使得每个虚拟矢量在一个控制周期内中点电荷的变化量为零。同时构建虚拟矢量时将造成共模电压增大的矢量剔除，以保证输出电压的共模电压最小化。在以上的基础上加入中点电压平衡因子，通过实时检测上下电容的电压差和三相电流，来调节中点电压平衡因子，从而使得电荷流入或者流出中点来调节中点电压平衡。本发明由于合理构建虚拟矢量，同时加入中点电压平衡因子使得虚拟小矢量和中矢量均可变，该方法具有在减少共模电压的同时可以全调制比范围调节中点电压平衡的特点。

Description

三电平逆变器中点电压控制和共模电压抑制的方法及系统

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种基于可变虚拟矢量的三电平逆变器的中点电压控制和共模电压抑制的方法。

背景技术

与传统的两电平逆变器相比，三电平逆变器输出电压更接近正弦波，在相同的开关频率下输出波形谐波小，相同的条件下，等效开关频率高，开关损耗小，因此在中高压变频调速、有源电力滤波器和电力系统无功补偿等中高压大功率变换领域中得到广泛的应用。但三电平逆变器中存在固有的中点电压平衡问题。直流母线电容参数不一致、开关参数不一致、负载不平衡以及调制策略等都有可能引起中点电压不平衡。中点电压不平衡会导致输出电压波形发生畸变，降低电容的寿命，对整个逆变系统产生不良影响。

三电平逆变器分为I型三电平逆变器和T型三电平逆变器。I型三电平逆变器在每个桥臂上有四个IGBT，通过两个箝位二极管连接至母线电压中点，它具有更高的耐压；T型三电平逆变器在每个桥臂上只有两个IGBT，再通过两个IGBT连接至母线电压中点，其耐压与两电平逆变器一致。T型三电平逆变器比I型三电平逆变器少两个二极管，同时它需要更少的独立驱动电源。这两种三电平逆变器的控制策略基本是一致的。

实现中点电压平衡的控制策略的主要有两大类，一种是基于空间矢量的空间矢量脉宽调制(SVPWM)策略，另一种是基于载波的正弦脉宽调制(SPWM)策略。SVPWM调制策略中，所有空间电压矢量按幅值大小可以分为大矢量、中矢量、小矢量和零矢量四类。其中小矢量具有冗余状态，每对冗余小矢量对中点电压的作用效果相反，因此一般可以通过调节正负小矢量的作用时间来调节中点电压平衡，但该方法中点电压平衡能力有限。同时又由于中矢量对于中点电压的影响和电流的方向有关，中矢量对中点电压的影响是不确定的，造成中点电压波动。

针对于冗余小矢量在高调制比下平衡能力有限，同时中矢量对中点电压的影响不定造成的中点电压波动问题，提出了可变虚拟中矢量法，但可变虚拟中矢量法在低调制比下由于虚拟中矢量的作用时间T_m较小，因此存在低调制比下对中点电压调节能力不足的问题。

在逆变器驱动电机系统中，逆变器输出的共模电压会造成很多危害，如损坏电机定子绝缘，与寄生电容相互作用产生共模漏电流形成共模干扰，漏电流过大会引起电机保护电路的误动作，因此有效降低逆变器输出共模电压对于电机的寿命长短有重要影响。

发明内容

本发明针对基于空间矢量的空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法现有技术的不足，提出了一种基于可变虚拟矢量的三电平逆变器的中点电压控制和共模电压抑制方法及系统，其目的是通过合理构建虚拟矢量，并引入可变虚拟小矢量和中矢量，根据上下电容电压差来调节平衡因子，能够在降低共模电压的同时实现全调制比范围内中点电压平衡。

本发明提供了一种三电平逆变器中点电压控制和共模电压抑制的方法，包括下述步骤：

(1)按照同时减少电压波动和抑制共模电压的原则构建新的虚拟矢量：

(2)根据实时检测的上、下电容的电压差和三相电流以及所述新的虚拟矢量来调节中点电压，并获得中点电压平衡因子；

(3)将所述中点电压平衡因子输入到SVPWM算法中获得相应的PWM序列，并根据所述PWM序列来控制开关管的开通和关断实现共模电压抑制。

其中，步骤(1)中，在第I大扇区构建的虚拟小矢量为V_s1＝(V_OON+V_POO+V_ONO)/3，其中，V_OON和V_ONO为第I扇区开关状态OON和ONO对应的负小矢量、V_POO为开关状态POO对应的正小矢量。

更进一步地，步骤(2)中，根据实时测量的上、下电容的电压获得中点电压差ΔU＝U_dc1-U_dc2，再根据中点电压差和三相电流调节中点电压平衡因子。

其中，在步骤(2)中，可变虚拟中矢量的调节规则包括：

当-A≤ΔU≤A时，中点电压的波动在可以接受的范围内，使得中点电荷变化量ΔQ＝0，中点电压平衡因子K_m＝1/3；

当ΔU＞A时，ΔQ＞0∶i_b＞0，K_m＝P₁，i_b＜0，K_m＝P₂；

当ΔU＜-A时，ΔQ＜0∶i_b＞0，K_m＝P₂，i_b＜0，K_m＝P₁；

其中，ΔQ为一个周期内电容电荷的变化量，ΔU为上、下电容的中点电压差，A为电压滞环的大小，K_m为中点电压平衡因子，i_b为逆变器输出的b相电流，P₁＝1/30，P₂＝14/30。

其中，在步骤(2)中，可变虚拟小矢量的调节规则包括：

当-A≤ΔU≤A时，使得中点电荷变化量ΔQ＝0，中点电压平衡因子K₁₁＝K₂₁＝1/3；

当ΔU＞A且参考矢量位于第I大扇区第1小扇区时，中点电压平衡因子K₁₁＝P₁；

当ΔU＞A且参考矢量位于第I大扇区第2小扇区时，中点电压平衡因子K₂₁＝P₂；

当ΔU＜-A且参考矢量位于第I大扇区第1小扇区时，中点电压平衡因子K₁₁＝P₂；

当ΔU＜-A且参考矢量位于第I大扇区第2小扇区时，中点电压平衡因子K₂₁＝P₁。

更进一步地，在步骤(3)中，60度坐标下虚拟矢量SVPWM算法实现的具体过程包括：

(31)将90度坐标下的参考电压矢量转换为60度坐标下参考电压矢量；

(32)判断60度坐标下参考电压矢量位于哪个大扇区；

(33)对确定好大扇区的参考电压矢量进行小扇区判断从而确定参考电压矢量的位置；

(34)根据所述参考电压矢量的位置确定参与合成的基本虚拟矢量，再计算每个虚拟矢量的作用时间；

(35)根据每个虚拟矢量的作用时间获得脉冲序列的输出顺序；

(36)根据各个矢量的作用时间和脉冲序列输出对应的PWM信号，根据所述PWM信号控制开关管的开通和关断实现共模电压抑制。

更进一步地，在步骤(32)中，判断参考电压矢量位于哪个大扇区具体为：当0°≤θ＜60°时位于第I大扇区；当60°≤θ＜120°时位于第II大扇区；当120°≤θ＜180°时位于第III大扇区；当180°≤θ＜240°时位于第IV大扇区；当240°≤θ＜300°时位于第V大扇区；当300°≤θ＜360°时位于第VI大扇区；其中，θ为参考电压矢量与g轴的夹角。

更进一步地，，在步骤(33)中，进行小扇区判断具体为：根据l₁-l₅来判断参考矢量位于什么区域；

其中K＝1-K_m，K₁＝1-K₁₁，K₂＝1-K₂₁，l₁-l₅为小扇区的边界直线。

本发明还提供了一种三电平逆变器中点电压控制和共模电压抑制的系统，包括：T型三电平逆变器、中点电压差获取模块、中点电压平衡因子调节模块和SVPWM模块；中点电压平衡因子调节模块的反馈电流输入端连接至所述T型三电平逆变器的输出端，中点电压平衡因子调节模块的中点电压输入端连接至中点电压差获取模块的输出端，中点电压平衡因子调节模块的参考电压矢量大扇区位置输入端连接至SVPWM模块的第一输出端，中点电压平衡因子调节模块用于根据反馈电流、中点电压差以及SVPWM算法模块的大扇区判断结果N输出中点电压平衡因子K_m，K₁₁，K₂₁；中点电压差获取模块的第一输入端连接至所述T型三电平逆变器中上电容的电压输出端，中点电压差获取模块的第二输入端连接至所述T型三电平逆变器中下电容的电压输出端，用于根据上、下电容的电压获得中点电压差ΔU＝U_dc1-U_dc2；所述SVPWM模块的第一输入端用于接收参考电压U_ref和U_dc，SVPWM模块的第二输入端连接至所述中点电压平衡因子调节模块的输出端，SVPWM模块用于根据参考电压和中点电压平衡因子输出PWM序列；T型三电平逆变器的输入端连接至所述SVPWM模块的输出端，PWM序列用于控制T型三电平逆变器中开关管的开通和关断实现逆变器输出电压、中点电压控制以及共模电压抑制。

本发明中，由于在构建虚拟矢量的时候就去除了造成共模电压增大的矢量，同时让每个构建好的虚拟矢量在一个控制周期内中点电荷变化量为零，因此共模电压和中点电压波动都比较小。在此基础上通过对虚拟中矢量的研究加入了中点电压平衡因子，根据采集到的上下电容电压之差和逆变器输出的三相电流的方向选择合适的中点电压平衡因子即可对中点电压进行控制。通过同时使用可变虚拟中矢量和可变虚拟小矢量达到在全调制比范围内具有较好的中点电压平衡能力的效果。整个方法在构建好虚拟矢量之后只需对平衡因子进行选择即可控制中点电压的平衡，较为简单，同时在实现中点电压平衡的基础上还可以减少逆变器输出的共模电压以及中点电压波动，一举多得。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于可变虚拟矢量的三电平逆变器的中点电压控制和共模电压抑制方法的实现流程图。

图2为本发明所使用的T型三电平逆变器拓扑结构图。

图3为电压矢量空间图。

图4为90度坐标系转换到60度坐标系示意图。

图5为可变虚拟矢量调制策略小扇区(第一大扇区内)划分示意图。

图6为可变虚拟中矢量仿真实验中点电压控制结果图。

图7为可变虚拟矢量仿真实验结果图，其中(a)为中点电压示意图(b)为共模电压示意图。

具体实施方式

下面结合附图来对本发明的具体实施方式进行说明。

本发明提供的基于可变虚拟矢量的三电平逆变器器的中点电压控制和共模电压抑制方法具体为：通过合理构建虚拟小矢量和中矢量，使得每个虚拟矢量在一个控制周期内中点电荷的变化量为零。同时构建虚拟矢量时将造成共模电压增大的矢量剔除，以保证输出电压的共模电压最小化。通过实时检测上下电容的电压差和三相电流，来选择合适的中点电压平衡因子，从而使得电荷流入或者流出中点来调节中点电压平衡。将中点电压平衡因子输入到SVPWM算法中，得到相应的PWM序列，来控制开关管的开通和关断。

如图1所示，三电平逆变器中点电压控制和共模电压抑制的系统，包括：T型三电平逆变器、中点电压差获取模块、中点电压平衡因子调节模块和SVPWM模块；中点电压平衡因子调节模块的反馈电流输入端连接至T型三电平逆变器的输出端，中点电压平衡因子调节模块的中点电压输入端连接至中点电压差获取模块的输出端，中点电压平衡因子调节模块的参考电压矢量大扇区位置输入端连接至SVPWM模块的第一输出端，中点电压平衡因子调节模块用于根据反馈电流、中点电压差以及SVPWM算法模块的大扇区判断结果N输出中点电压平衡因子K_m，K₁₁，K₂₁；中点电压差获取模块的第一输入端连接至T型三电平逆变器中上电容的电压输出端，中点电压差获取模块的第二输入端连接至所述T型三电平逆变器中下电容的电压输出端，用于根据上、下电容的电压获得中点电压差ΔU＝U_dc1-U_dc2；SVPWM模块的第一输入端用于接收参考电压U_ref和U_dc，SVPWM模块的第二输入端连接至中点电压平衡因子调节模块的输出端，SVPWM模块用于根据参考电压和中点电压平衡因子输出PWM序列；T型三电平逆变器的输入端连接至SVPWM模块的输出端，PWM序列用于控制T型三电平逆变器中开关管的开通和关断实现逆变器输出电压、中点电压控制以及共模电压抑制。

在本发明实施例中，设一个周期内电容电荷的变化量为ΔQ，当处于图3中第I大扇区时，虚拟中矢量对中点电荷的变化可表示为ΔQ_m＝(1-3K_m)T_mi_b。设ΔU＝U_dc1-U_dc2，其中U_dc1，U_dc2为上下两个电容上的电压，同理第I大扇区内两个虚拟小矢量对中点电荷的影响可以分别表示为ΔQ_s1＝-(1-3K₁₁)T_s1i_a和ΔQ_s2＝-(1-3K₂₁)T_s2i_c。设A为电压滞环的大小。当电压差的绝对值在A范围内时不需调节，由于Q＝CU，因此可以说电容上的电压差代表的就是电荷差，可以通过调节中点电压平衡因子K_m，K₁₁，K₂₁来进行中点电压平衡控制。

由于可变虚拟中矢量和可变虚拟小矢量同时参与中点电压平衡控制，从而使得在全调制比下，均具有较好的平衡能力。

图2为本发明所使用的T型三电平逆变器的主电路拓扑结构图。图中输入直流电压为U_dc，中间直流支撑电容分别为C₁，C₂，电容两端的电压为U_dc1，U_dc2，中点电压为U₀，在一般情况下，中点电压平衡是，U₀＝U_dc/2。但是在实际中由于电容参数不相等、三相负载不平衡、开关延时、调制策略等原因，会使电容充放电不平衡，导致中点电压不平衡。设中点电压的波动为ΔU则有ΔU＝U_dc1-U_dc2。P、O、N分别代表对应相IGBT管S_x1-S_x2-S_x3-S_x4的状态为(1，1，0，0)、(0，1，1，0)、(0，0，1，1)，其中1代表该管开通，0代表该管关断，x取值为a、b、c代表a、b、c三相。

在传统的三电平SVPWM调制方法基础上，本发明提出一种可变虚拟矢量的三电平逆变器中点电压控制和共模电压抑制方法，可以有效实现中点电压平衡的同时减少输出的共模电压。本发明技术思路为通过合理选择矢量来构成虚拟矢量可简单有效地减少逆变器的输出共模电压同时还可以减少平衡时的中点电压波动，在此基础上根据实时采样的电压差和三相输出电流的大小调节中点电压平衡因子的大小从而改变虚拟矢量的作用时间进而达到中点电压平衡的目的。控制算法的流程具体方法如下：

步骤1：图3为电压矢量空间图，根据图3中的电压矢量按同时减少电压波动和抑制共模电压的原则构建新的虚拟矢量，具体方法如下所示：

在一个周期内，虚拟矢量造成的中点电荷的变化量为零。如在第I大扇区虚拟小矢量构建为

其中OON、POO、ONO在图3中分别对应的中点电流为-i_c、-i_a、-i_b；当负载平衡时中点电荷的变化量可表示为

其它虚拟矢量的构建同理。

构建虚拟矢量的时候要考虑到输出共模电压的问题，尽量选择使共模电压小的矢量来构成。共模电压表示为

表1为各个空间矢量所对应的输出共模电压，因此在选择的时候应该去除造成输出共模电压为

以及

的电压矢量。表中小矢量、中矢量、大矢量和零矢量是指按幅值大小划分的空间电压矢量。

表1

综上在第一大扇区构建的虚拟小矢量和虚拟中矢量如表2所示，其中V_OON代表开关状态OON对应的空间电压矢量，其它空间电压矢量同理表示。其它大扇区虚拟矢量的构建方式同理推导即可。

表2

步骤2：实时测量上下电容的电压，得到中点电压差ΔU＝U_dc1-U_dc2，同时测量三相电流，然后根据中点电压差和三相电流调节中点电压平衡因子。

ΔU_m＝ΔQ_m/C＝(1-3K_m)T_mi_b/C表示为可变虚拟中矢量V_m1在一个周期内可以造成的中点电压改变的大小，其值和中点电压平衡因子K_m以及电流i_b有关。不同虚拟中矢量对应的中点电流不同，如在第II大扇区内，该虚拟中矢量对应的中点电流为i_a，因此三相电流均需要检测。

设一个周期内电容电荷的变化量为ΔQ，当处于第I大扇区时，虚拟中矢量对中点电荷的变化可以表示为ΔQ_m＝(1-3K_m)T_mi_b。设ΔU＝U_dc1-U_dc2，其中U_dc1，U_dc2为上下两个电容上的电压。同理，第I大扇区内两个虚拟小矢量对中点电荷的影响分别表示为ΔQ_s1＝-(1-3K₁₁)T_s1i_a和ΔQ_s2＝-(1-3K₂₁)T_s2i_c。因此中点电荷的变化与三相电流的方向和中点电压平衡因子的大小有关。设A为电压滞环的大小，当中点电压偏差的绝对值在A的滞环范围内时，可以认为中点电压偏差较小，中点电压已经平衡。通过中点电压偏差大小和A大小的比较来判断是否需要进行中点电压平衡以及如何选择合适的中点电压平衡因子。由于Q＝CU，因此可以说电容上的电压差代表的就是电荷差，可以通过调节中点电压平衡因子K_m，K₁₁，K₂₁来进行中点电压平衡控制。根据幅值的大小划分虚拟中矢量和虚拟小矢量。虚拟中矢量对应的幅值大小为

虚拟小矢量对应的幅值大小为U_dc/3。为了达到中点电压平衡控制的目的，加入了中点电压平衡因子，使虚拟中矢量和虚拟小矢量同时可变。中点电压平衡因子的选取规则如下所示。

虚拟中矢量和虚拟小矢量同样根据幅值的大小划分，虚拟中矢量对应的幅值大小为

虚拟小矢量对应的幅值大小为2U_dc/9。因为要调节中点电压平衡，所以在虚拟中矢量和虚拟小矢量的基础上引入中点电压平衡因子，使得虚拟中、小矢量可变，电荷流入或流出中点，进而实现中点电压平衡。

可变虚拟中矢量的调节规则如下所示：

当-A≤ΔU≤A时，认为中点电压的波动在可以接受的范围内，此时让中点电荷变化量ΔQ＝0，即取K_m＝1/3；

当ΔU＞A时，即上电容的电压比下电容的电压要大，因此上电容需要放电，即电荷应该流入中点，因此：ΔQ＞0∶i_b＞0，K_m＝P₁，i_b＜0，K_m＝P₂。

当ΔU＜-A时，即上电容的电压比下电容的电压要小，因此上电容需要充电，即电荷应该流出中点，因此：ΔQ＜0∶i_b＞0，K_m＝P₂，i_b＜0，K_m＝P₁。

可变虚拟小矢量的调节规则如下所示：

当处于第1大扇区内时，两个虚拟小矢量可以分别表示为V_s1＝K₁₁V_OON+(1-2K₁₁)V_POO+K₁₁V_ONO以及V_s2＝K₂₁V_POO+(1-2K₂₁)V_OON+K₂₁V_OPO均同时含有正小矢量和负小矢量。在逆变器处于牵引状态下，正小矢量的作用效果为中点电压上升，负小矢量的作用效果为中点电压下降。因此可以通过调节K₁₁和K₂₁的大小来调节中点电压，具体调节方式如下所示：

当-A≤ΔU≤A时，认为中点电压的波动在可以接受的范围内，此时让中点电荷变化量ΔQ＝0，即取K₁₁＝K₂₁＝1/3；

当ΔU＞A时，即上电容的电压比下电容的电压要大，因此上电容需要放电，当参考矢量位于第I大扇区第1小扇区时，应该增加POO矢量的比例即取K₁₁＝P₁；当参考矢量位于第I大扇区第2小扇区时，应该减少OON矢量的比例即取K₂₁＝P₂；

当ΔU＜-A时，即上电容的电压比下电容的电压要小，因此上电容需要充电，当参考矢量位于第I大扇区第1小扇区时，应该减少POO矢量的比例即取K₁₁＝P₂；当参考矢量位于第I大扇区第2小扇区时，应该减少OON矢量的比例即取K₂₁＝P₁；

其中P₁＝1/30，P₂＝14/30。根据当前的电压差和电流大小方向确定好中点电压平衡因子后，将其输入SVPWM算法模块。

步骤3：为了计算方便，实现简单，在60度坐标下进行SVPWM算法设计，60度坐标下虚拟矢量SVPWM算法实现的具体过程如下所示：

1、首先进行坐标变换。将90度坐标转换到60度坐标下，设60度坐标系为g-h坐标系，并使得g轴与α轴重合，h轴为g轴逆时针旋转60度。α-β坐标下，参考电压矢量表示为(U_refα，U_refβ)，g-h坐标下表示为(U_rg，U_rh)，如图4所示，转换到60度后同时除以U_dc/3进行标幺化处理。转换公式如下：

其中，U_rg为参考电压矢量在g轴上的投影大小；U_rh为参考电压矢量在h轴上的投影大小；

2、然后判断该参考电压矢量具体位于哪个大扇区。大扇区判断方法具体为：当0°≤θ＜60°时位于第I大扇区；当60°≤θ＜120°时位于第II大扇区；当120°≤θ＜180°时位于第III大扇区；当180°≤θ＜240°时位于第IV大扇区；当240°≤θ＜300°时位于第V大扇区；当300°≤θ＜360°时位于第VI大扇区。其中，θ为参考电压矢量与g轴的夹角，这一步只和参考电压矢量有关。

3、确定好位于哪个大扇区后再进行小扇区判断。小扇区划分如图5，其中K＝1-K_m，K₁＝1-K₁₁，K₂＝1-K₂₁。l₁-l₅为各小扇区之间的边界直线，因此根据l₁-l₅来判断参考矢量位于什么区域，其方程表达式如下所示：

4、根据参考电压矢量的位置按最近三矢量法则确定参与合成的基本虚拟矢量，再计算每个虚拟矢量的作用时间。以第I大扇区，第1小扇区为例，如图5所示，根据伏秒平衡有：

式中，g，h代表参考电压矢量标幺化处理后在g轴和h轴上投影大小；K₁代表虚拟小矢量V_s1在g轴上的投影大小，其在h轴上投影大小为0；K代表虚拟中矢量在g轴和h轴上投影大小，两者相等；T_s1，T_m1，T₀，T_s分别代表虚拟小矢量V_s1、虚拟中矢量、零矢量的作用时间以及控制周期的大小。

5、计算完每个虚拟矢量的作用时间之后要确定脉冲序列的输出顺序。根据最小开关切换来确定脉冲序列，第I大扇区各个小扇区的具体脉冲序列如表3所示。其它扇区内可以依此进行推导。

表3

小扇区	输出开关序列
		1	PON-POO-PNO-ONO-OOO-OON-OPN
2	PON-OON-OPN-OPO-OOO-POO-PNO
		3	ONO-PNO-PNN-PON-POO-PON-OON-OPN
4	PNO-PNN-PON-PPN-OPN
		5	OPO-OPN-OON-POO-PNO-POO-PON-PPN

6、最后根据各个矢量的作用时间和脉冲序列，输出对应的PWM信号，控制功率管的开通和关断。

对以上方法进行Matlab仿真，仿真中直流母线电压为600V，开关频率为8KHz，调制比m为0.288，即在低调制比下验证本发明的有效性，其中U_dc1，U_dc2分别表示电容C₁，C₂两端的电压，开始时具有40V的电压偏差，在0.2s时采用基于可变虚拟矢量的T型三电平逆变器中点电压控制方法。图6为可变虚拟中矢量的仿真结果图，调节时间为0.085s，中点电压波动为±0.2V；图7为可变虚拟矢量的仿真结果图，可以看出中点电压很快稳定在300V，中点电压波动为±0.2V，调节时间为0.05s，小于0.085s。调节速度比只可变虚拟中矢量要快，即调节能力变强，同时可以看出共模电压在中点电压稳定之后为±100V即

相比于一般的SVPWM算法减少了一半。可见本发明的基于可变虚拟矢量的三电平逆变器中点电压控制方法对中点电压有很好的控制作用，同时还可以有效减少逆变器输出的共模电压。在高调制比m下，本发明的基于可变虚拟矢量的三电平逆变器中点电压控制方法也能获得同样的控制效果。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种三电平逆变器中点电压控制和共模电压抑制的方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)按照同时减少电压波动和抑制共模电压的原则构建新的虚拟矢量：

(2)根据实时检测的上、下电容的电压差和三相电流以及所述新的虚拟矢量来调节中点电压，并获得中点电压平衡因子；在步骤(2)中，可变虚拟小矢量的调节规则包括：

当-A≤ΔU≤A时，使得中点电荷变化量ΔQ＝0，中点电压平衡因子K₁₁＝K₂₁＝1/3；

当ΔU＞A且参考矢量位于第I大扇区第1小扇区时，中点电压平衡因子K₁₁＝P₁；

当ΔU＞A且参考矢量位于第I大扇区第2小扇区时，中点电压平衡因子K₂₁＝P₂；

当ΔU＜-A且参考矢量位于第I大扇区第1小扇区时，中点电压平衡因子K₁₁＝P₂；

当ΔU＜-A且参考矢量位于第I大扇区第2小扇区时，中点电压平衡因子K₂₁＝P₁；其中，ΔQ为一个周期内电容电荷的变化量，ΔU为上、下电容的中点电压差，A为电压滞环的大小，P1＝1/30，P2＝14/30；

(3)将所述中点电压平衡因子输入到SVPWM算法中获得相应的PWM序列，并根据所述PWM序列来控制开关管的开通和关断实现共模电压抑制。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，在第I大扇区构建的虚拟小矢量为V_s1＝(V_OON+V_POO+V_ONO)/3，其中，V_OON和V_ONO为第I扇区开关状态OON和ONO对应的负小矢量、V_POO为开关状态POO对应的正小矢量。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，根据实时测量的上、下电容的电压获得中点电压差ΔU＝U_dc1-U_dc2，再根据中点电压差和三相电流调节中点电压平衡因子。

4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，可变虚拟中矢量的调节规则包括：

当-A≤ΔU≤A时，中点电压的波动在可以接受的范围内，使得中点电荷变化量ΔQ＝0，中点电压平衡因子Km＝1/3；

当ΔU＞A时，ΔQ＞0：i_b＞0，K_m＝P₁，i_b＜0，K_m＝P₂；

当ΔU＜-A时，ΔQ＜0：i_b＞0，K_m＝P₂，i_b＜0，K_m＝P₁；

其中，ΔQ为一个周期内电容电荷的变化量，ΔU为上、下电容的中点电压差，A为电压滞环的大小，K_m为中点电压平衡因子，i_b为逆变器输出的b相电流，P₁＝1/30，P₂＝14/30。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，60度坐标下虚拟矢量SVPWM算法实现的具体过程包括：

(31)将90度坐标下的参考电压矢量转换为60度坐标下参考电压矢量；

(32)判断60度坐标下参考电压矢量位于哪个大扇区；

(33)对确定好大扇区的参考电压矢量进行小扇区判断从而确定参考电压矢量的位置；

(34)根据所述参考电压矢量的位置确定参与合成的基本虚拟矢量，再计算每个虚拟矢量的作用时间；

(35)根据每个虚拟矢量的作用时间获得脉冲序列的输出顺序；

(36)根据各个矢量的作用时间和脉冲序列输出对应的PWM信号，根据所述PWM信号控制开关管的开通和关断实现共模电压抑制。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤(32)中，判断参考电压矢量位于哪个大扇区具体为：

当0°≤θ＜60°时位于第I大扇区；

当60°≤θ＜120°时位于第II大扇区；

当120°≤θ＜180°时位于第III大扇区；

当180°≤θ＜240°时位于第IV大扇区；

当240°≤θ＜300°时位于第V大扇区；

当300°≤θ＜360°时位于第VI大扇区；

其中，θ为参考电压矢量与g轴的夹角。

7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在步骤(33)中，进行小扇区判断具体为：根据l₁-l₅来判断参考矢量位于什么区域；

其中K＝1-K_m，K₁＝1-K₁₁，K₂＝1-K₂₁，l₁-l₅为小扇区的边界直线；其中，K表示虚拟中矢量在g轴和h轴上投影大小，K1表示虚拟小矢量在g轴上的投影大小，g，h代表参考电压矢量标幺化处理后在g轴和h轴上投影大小，K₂表示虚拟小矢量在h轴上的投影大小，K₁₁、K₂₁、K_m表示表示中点电压平衡因子。

8.一种三电平逆变器中点电压控制和共模电压抑制的系统，其特征在于，包括：T型三电平逆变器、中点电压差获取模块、中点电压平衡因子调节模块和SVPWM模块；

所述中点电压平衡因子调节模块的反馈电流输入端连接至所述T型三电平逆变器的输出端，所述中点电压平衡因子调节模块的中点电压输入端连接至所述中点电压差获取模块的输出端，所述中点电压平衡因子调节模块的参考电压矢量大扇区位置输入端连接至所述SVPWM模块的第一输出端，所述中点电压平衡因子调节模块用于根据反馈电流、中点电压差以及SVPWM算法模块的大扇区判断结果N输出中点电压平衡因子K_m，K₁₁，K₂₁；具体地，当-A≤ΔU≤A时，使得中点电荷变化量ΔQ＝0，中点电压平衡因子K₁₁＝K₂₁＝1/3；

当ΔU＞A且参考矢量位于第I大扇区第1小扇区时，中点电压平衡因子K₁₁＝P₁；

当ΔU＞A且参考矢量位于第I大扇区第2小扇区时，中点电压平衡因子K₂₁＝P₂；

当ΔU＜-A且参考矢量位于第I大扇区第1小扇区时，中点电压平衡因子K₁₁＝P₂；

当ΔU＜-A且参考矢量位于第I大扇区第2小扇区时，中点电压平衡因子K₂₁＝P₁；其中，ΔQ为一个周期内电容电荷的变化量，ΔU为上、下电容的中点电压差，A为电压滞环的大小，P1＝1/30，P2＝14/30；

所述中点电压差获取模块的第一输入端连接至所述T型三电平逆变器中上电容的电压输出端，中点电压差获取模块的第二输入端连接至所述T型三电平逆变器中下电容的电压输出端，用于根据上、下电容的电压获得中点电压差ΔU＝U_dc1-U_dc2；

所述SVPWM模块的第一输入端用于接收参考电压U_ref和U_dc，所述SVPWM模块的第二输入端连接至所述中点电压平衡因子调节模块的输出端，所述SVPWM模块用于根据参考电压和中点电压平衡因子输出PWM序列；

所述T型三电平逆变器的输入端连接至所述SVPWM模块的输出端，所述PWM序列用于控制所述T型三电平逆变器中开关管的开通和关断实现逆变器输出电压、中点电压控制以及共模电压抑制。

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