CN111181429B - 基于三分区式的三电平逆变器中点电压的平衡方法及系统 - Google Patents

基于三分区式的三电平逆变器中点电压的平衡方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于三分区式的三电平逆变器中点电压的平衡方法及系统。该方法包括：利用三分区方式对三电平空间矢量图的进行划分；构建三分区式空间矢量区域划分结果中的虚拟空间矢量；基于最近三虚拟矢量合成法则，根据参考电压矢量和伏秒平衡方程，计算得到虚拟大矢量、虚拟中矢量和虚拟零矢量的作用时间；根据虚拟中矢量的作用时间，确定正型和负型基本小矢量的作用时间；根据虚拟大矢量、虚拟中矢量、虚拟零矢量、正型和负型基本小矢量的作用时间，确定每个虚拟空间矢量对应的开关状态的作用时间；根据每个小区中每个虚拟空间矢量对应的开关状态的作用时间，对三电平逆变器进行调制。本发明可以削弱中点电压振荡，提高NPC型逆变器的输出性能。

Description

基于三分区式的三电平逆变器中点电压的平衡方法及系统
技术领域
本发明涉及中点电压控制领域，特别是涉及一种基于三分区式的三电平逆变器中点电压的平衡方法及系统。
背景技术
为应对生活生产的实际需要，及电力电子技术的快速发展，使得更多的高压大功率的逆变器投入应用，中点箝位型(NPC)拓扑结构在三电平逆变器中应用最为广泛，而其存在的中点电位不平衡缺陷极大的限制了其发展。中点电压作为系统高效稳定运行的重要指标之一，它的稳定与否直接影响到逆变输出的波形质量。假若中点电压存在较大的不平衡，最直接的影响就是增大输出电流的畸变率，产生较多的低次、偶次谐波，以及使开关管承受的应力上升，危害开关管，进而导致系统无法稳定运行。因此对于研究如何控制中点电压平衡就显得尤为重要。
中点电压作为严重制约中点箝位式(NPC)逆变器发展的重要因素，目前对于中点电压控制的思路主要为：一是通过外部硬件电路来实现中点电压平衡；二是通过传统空间矢量调制算法(SVPWM)的调制策略来实现中点电压平衡。不管是从经济性还是可靠性来看，第二种方案都是更受青睐。但是传统空间矢量调制算法在高调制度和低功率因数工况下，容易出现严重的中点电压振荡问题，影响NPC型逆变器的输出性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于三分区式的三电平逆变器中点电压的平衡方法及系统，以削弱中点电压振荡，提高NPC型逆变器的输出性能。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于三分区式的三电平逆变器中点电压的平衡方法，包括：
利用三分区方式对三电平空间矢量图的进行划分，得到三分区式空间矢量区域划分结果；所述三分区式空间矢量区域划分结果包括6个大区，每个大区包括3个小区，每个小区的调制方式相同；
构建所述三分区式空间矢量区域划分结果中的多个虚拟空间矢量；多个虚拟空间矢量包括虚拟大矢量、虚拟中矢量和虚拟零矢量；
对于第i个小区，基于最近三虚拟矢量合成法则，根据参考电压矢量和伏秒平衡方程，计算得到所述第i个小区对应的所述虚拟大矢量、所述虚拟中矢量和所述虚拟零矢量的作用时间；
根据所述第i个小区的所述虚拟中矢量的作用时间，确定所述第i个小区对应的正型基本小矢量和负型基本小矢量的作用时间；
根据所述第i个小区的所述虚拟大矢量、所述虚拟中矢量、所述虚拟零矢量、所述正型基本小矢量和所述负型基本小矢量的作用时间，确定所述第i个小区中每个虚拟空间矢量对应的开关状态的作用时间；
根据每个虚拟空间矢量对应的开关状态的作用时间，对所述三电平逆变器进行调制。
本发明还提供一种基于三分区式的三电平逆变器中点电压的平衡系统，包括：
三电平空间矢量图划分模块，用于利用三分区方式对三电平空间矢量图的进行划分，得到三分区式空间矢量区域划分结果；所述三分区式空间矢量区域划分结果包括6个大区，每个大区包括3个小区，每个小区的调制方式相同；
虚拟空间矢量构建模块，用于构建所述三分区式空间矢量区域划分结果中的多个虚拟空间矢量；多个虚拟空间矢量包括虚拟大矢量、虚拟中矢量和虚拟零矢量；
虚拟矢量作用时间求解模块，用于对于第i个小区，基于最近三虚拟矢量合成法则，根据参考电压矢量和伏秒平衡方程，计算得到所述第i个小区对应的所述虚拟大矢量、所述虚拟中矢量和所述虚拟零矢量的作用时间；
基本小矢量作用时间确定模块，用于根据所述第i个小区的所述虚拟中矢量的作用时间，确定所述第i个小区对应的正型基本小矢量和负型基本小矢量的作用时间；
开关状态作用时间确定模块，用于根据所述第i个小区的所述虚拟大矢量、所述虚拟中矢量、所述虚拟零矢量、所述正型基本小矢量和所述负型基本小矢量的作用时间，确定所述第i个小区中每个虚拟空间矢量对应的开关状态的作用时间；
调制模块，用于根据每个小区中每个虚拟空间矢量对应的开关状态的作用时间，对所述三电平逆变器进行调制。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明通过构建虚拟中矢量，采用虚拟空间矢量调制算法将产生中点电流、影响中点电位的三个基本空间矢量组合起来，极大的方便了对于中点电位的控制进行集中处理。此外，该方法在构建虚拟中矢量时，并没有利用成对出现的小矢量，而只是用了小矢量冗余状态中的一个状态。因此，不会因在高调制比的情况下，没有成对出现的小矢量，而使得中点电压平衡控制受限。相较于传统三电平空间矢量调制算法，在实现高调制度和低功率因数工况下，极大的削弱中点电压振荡，确保了良好的输出性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于三分区式的三电平逆变器中点电压的平衡方法的流程示意图；
图2为三电平NPC逆变器简化拓扑结构；
图3为三电平空间矢量图；
图4为本发明的三分区式空间矢量区域划分图；
图5为开关状态示意图；
图6为虚拟中矢量合成示意图；
图7为本发明空间矢量示意图；
图8为本发明具体实施案例中三分区式VSVPWM波形示意图；
图9为本发明具体实施案例的仿真结果图；
图10为本发明具体实施案例的控制过程中线电压波形图；
图11为本发明基于三分区式的三电平逆变器中点电压的平衡系统的结构示意图。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明基于三分区式的三电平逆变器中点电压的平衡方法的流程示意图。如图1所示，本发明根据基本中矢量对于中点电位实际影响，在确保虚拟中矢量的幅值和相角均不改变的情况下，通过调整虚拟中矢量合成方式一和方式二所作用时间占总虚拟中矢量的比例的方法，达到分别改变其中的正型和负型基本小矢量的作用时间，从而实现抵消基本中矢量对于中点电位的影响，完成NPC型三电平逆变器中点电位平衡的控制，图2为三电平NPC型逆变器简化拓扑结构。本发明基于三分区式的三电平逆变器中点电压的平衡方法包括以下步骤：
步骤100：利用三分区方式对三电平空间矢量图的进行划分，得到三分区式空间矢量区域划分结果。图3为三电平空间矢量图，图4为本发明的三分区式空间矢量区域划分图。如图3和图4所示，本步骤利用三分区方式对于空间矢量图进行划分，得到6个大区，每个大区包括3个小区，共得到调制方式相同的18个小区。
步骤200：构建三分区式空间矢量区域划分结果中的多个虚拟空间矢量。多个虚拟空间矢量包括虚拟大矢量、虚拟中矢量和虚拟零矢量。中点电压不平衡的原因中点参与能量流动，即各空间矢量产生的中点电流矢量和不为零。因此，在构建虚拟空间矢量前，需对区域内各基本空间矢量产生的中点电流进行分析。以Ⅰ1区为例，绘制PPO、ONN、PON开关状态示意电路图，如图5所示。图5为开关状态示意图。由图5可知PPO、ONN、PON状态下的中点电流分别为ic、ia、ib。ic流入中点N；ia流出中点N；ib的方向既流入也可能是流出。此外，由于大矢量和零矢量所对应的中点电流为0。因此，需要对PPO、ONN，这两个开关状态进行特定时间分配，才能抵消PON对于中点电压的影响。
本步骤构建的虚拟空间矢量分别为虚拟大矢量、虚拟中矢量和虚拟零矢量，虚拟大矢量的模长为
Figure BDA0002360961750000051
虚拟中矢量的模长为
Figure BDA0002360961750000052
虚拟零矢量的模长为0，Vdc为直流侧电压值。
以Ⅰ区为例，合成虚拟中矢量的三种方式如图6所示，图6为虚拟中矢量合成示意图。图6中左部分、中部分和右部分分别对应三种方式。此时可以得到：
Figure BDA0002360961750000053
在构建的虚拟空间矢量时，通过两部分来改进虚拟中矢量，第一部分：两个基本大矢量和小矢量以及一个基本中矢量的组合，利用其中正型基本小矢量和负型基本小矢量的搭配，结合调节因子K，来抵消基本中矢量对于中点电压的影响；第二部分：采用虚拟零矢量来补偿第一部分的作用时间。对其余17个小区域进行类似分析，得到适用于所有区域内的虚拟矢量构建模型，具体如下：
当参考电压矢量所在的大区编号为I、III或V时，基于基本大矢量、基本中矢量、基本零矢量、正型基本小矢量和负型基本小矢量，构建所述三分区式空间矢量区域划分结果中的多个虚拟空间矢量，公式如下：
Figure BDA0002360961750000061
当参考电压矢量所在的大区编号为II、IV或VI时，基于基本大矢量、基本中矢量、基本零矢量、正型基本小矢量和负型基本小矢量，构建所述三分区式空间矢量区域划分结果中的多个虚拟空间矢量，公式如下：
Figure BDA0002360961750000062
其中，VL1和VL2为两个基本大矢量，VM1和VM2为两个基本中矢量，V0为基本零矢量，
Figure BDA0002360961750000063
为正型第一基本小矢量，
Figure BDA0002360961750000064
为负型第一基本小矢量，
Figure BDA0002360961750000065
为正型第二基本小矢量，
Figure BDA0002360961750000066
为负型第二基本小矢量，VVM为虚拟中矢量，VVL1和VVL2为两个虚拟大矢量，VV0为虚拟零矢量，K为调节因子，K∈[-1,1]。
经过上述过程，便可以完成对于整个区域内的所有虚拟矢量的构建。得到虚拟大矢量VVL1和VVL2，虚拟中矢量VVM和虚拟零矢量VV0。
步骤300：对于第i个小区，基于最近三虚拟矢量合成法则，根据参考电压矢量和伏秒平衡方程，计算得到第i个小区对应的虚拟大矢量、虚拟中矢量和虚拟零矢量的作用时间。根据传统三分区虚拟空间矢量调制算法(VSVPWM)的边界条件，确定参考电压矢量所处的区域i。当i＝1时，即参考电压矢量处于Ⅰ1区中，采用最近三虚拟矢量(NTV2)合成法则，得到参考电压矢量Vref。如图7所示，图7为本发明空间矢量示意图。然后将参考电压矢量Vref及其所在小区内的三个虚拟空间矢量VVL1、VVM和VV0，代入伏秒平衡方程组中，得到：
Figure BDA0002360961750000067
对伏秒平衡方程求解，可以得到虚拟大矢量、虚拟中矢量和虚拟零矢量的作用时间为：
Figure BDA0002360961750000071
式中，TVL1为虚拟大矢量的作用时间，TVM为虚拟中矢量的作用时间，TV0为虚拟零矢量的作用时间，Ts为该小区的采样周期，θ为参考电压矢量的方向角，M为调制度，
Figure BDA0002360961750000072
步骤400：根据第i个小区的虚拟中矢量的作用时间，确定第i个小区对应的正型基本小矢量和负型基本小矢量的作用时间。基于步骤300得到的虚拟大矢量、虚拟中矢量和虚拟零矢量的作用时间，对具体开关状态进行作用时间分配，即可实现一次拟合参考电压的过程。本步骤的核心任务是根据实际中点电流的大小，计算得到正型基本小矢量和负型基本小矢量的作用时间。
中点电流对于中点电压的具体影响，如下所示：
Figure BDA0002360961750000073
以Ⅰ1区的基本中矢量的PON开关状态为例，其中中点电流为Ib，由于实际各开关状态作用时间很短，因此可将该过程中的中点电流Ib视为固定值，ΔV可以表示为：
Figure BDA0002360961750000074
正型基本小矢量的作用时间TP和负型基本小矢量的作用时间TN，表示如下：
Figure BDA0002360961750000075
Ia、Ib、Ic为不同矢量状态下中点N的电流大小，ia(t)、ib(t)、ic(t)为中点电流的瞬时值。
情况一：电流Ib流入中点，即引起中点电压升高：
Figure BDA0002360961750000081
则：
Figure BDA0002360961750000082
那么：
Figure BDA0002360961750000083
情况二：电流Ib流出中点，即引起中点电压降低，则将情况一中TP和TN所对应的时间对调即可：
Figure BDA0002360961750000084
由于各小区的调制方式相同，因此可对于其他17个小区域进行类似分析。得到每个小区对应的正型基本小矢量的作用时间TP和负型基本小矢量的作用时间。具体如下：
情况一：当电流流入中点时，每个小区对应的正型基本小矢量和负型基本小矢量的作用时间分别为：
Ⅰ区中的小区：
Figure BDA0002360961750000085
Ⅱ区中的小区：
Figure BDA0002360961750000086
Ⅲ区中的小区：
Figure BDA0002360961750000091
Ⅳ区中的小区：
Figure BDA0002360961750000092
Ⅴ区中的小区：
Figure BDA0002360961750000093
Ⅵ区中的小区：
Figure BDA0002360961750000094
情况二：当小区的电流流出中点时，每个小区对应的正型基本小矢量和负型基本小矢量的作用时间为：
Ⅰ区中的小区：
Figure BDA0002360961750000095
Ⅱ区中的小区：
Figure BDA0002360961750000096
Ⅲ区中的小区：
Figure BDA0002360961750000097
Ⅳ区中的小区：
Figure BDA0002360961750000098
Ⅴ区中的小区：
Figure BDA0002360961750000099
Ⅵ区中的小区：
Figure BDA00023609617500000910
其中，I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ为大区编号，TP为每个小区对应的正型基本小矢量的作用时间，TN为每个小区对应的负型基本小矢量的作用时间，TVM为虚拟中矢量的作用时间，Ia、Ib和Ic为不同开关状态下中点N的电流大小。
步骤500：根据第i个小区的虚拟大矢量、虚拟中矢量、虚拟零矢量、正型基本小矢量和负型基本小矢量的作用时间，确定第i个小区中每个虚拟空间矢量对应的开关状态的作用时间。表1为空间矢量分析表，结合表1，基于每个小区确定的虚拟大矢量、虚拟中矢量、虚拟零矢量、正型基本小矢量和负型基本小矢量的作用时间，便可以确定每个小区对应的具体开光状态的作用时间。
表2空间矢量分析表
Figure BDA0002360961750000101
每个小区对应的具体开光状态的作用时间具体如下：
Ⅰ1区、Ⅰ2区和Ⅰ3区每个开关状态的作用时间分别为：
Ⅰ1区：
Figure BDA0002360961750000111
Ⅰ2区：
Figure BDA0002360961750000112
Ⅰ3区：
Figure BDA0002360961750000113
Ⅱ1区、Ⅱ2区和Ⅱ3区每个开关状态的作用时间分别为：
Ⅱ1区：
Figure BDA0002360961750000114
Ⅱ2区：
Figure BDA0002360961750000115
Ⅱ3区：
Figure BDA0002360961750000116
Ⅲ1区、Ⅲ2区和Ⅲ3区每个开关状态的作用时间分别为：
Ⅲ1区：
Figure BDA0002360961750000117
Ⅲ2区：
Figure BDA0002360961750000118
Ⅲ3区：
Figure BDA0002360961750000119
Ⅳ1区、Ⅳ2区和Ⅳ3区每个开关状态的作用时间分别为：
Ⅳ1区：
Figure BDA0002360961750000121
Ⅳ2区：
Figure BDA0002360961750000122
Ⅳ3区：
Figure BDA0002360961750000123
Ⅴ1区、Ⅴ2区和Ⅴ3区每个开关状态的作用时间分别为：
Ⅴ1区：
Figure BDA0002360961750000124
Ⅴ2区：
Figure BDA0002360961750000125
Ⅴ3区：
Figure BDA0002360961750000126
Ⅵ1区、Ⅵ2区和Ⅵ3区每个开关状态的作用时间分别为：
Ⅵ1区：
Figure BDA0002360961750000127
Ⅵ2区：
Figure BDA0002360961750000128
Ⅵ3区：
Figure BDA0002360961750000129
其中，I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ为大区编号，1、2和3为大区中的小区编号，TVL1为虚拟大矢量的作用时间，TVM为虚拟中矢量的作用时间，TV0为虚拟零矢量的作用时间，TP为每个小区对应的正型基本小矢量的作用时间，TN为每个小区对应的负型基本小矢量的作用时间；TPPO为PPO开关状态的作用时间，TPPN为PPN开关状态的作用时间，TPON为PON开关状态的作用时间，TPNN为PNN开关状态的作用时间，TONN为ONN开关状态的作用时间，TNNN为NNN开关状态的作用时间，TOPN为OPN开关状态的作用时间，TNPN为NPN开关状态的作用时间，TNON为NON开关状态的作用时间，TOPP为OPP开关状态的作用时间，TNPP为NPP开关状态的作用时间，TNPO为NPO开关状态的作用时间，TNOP为NOP开关状态的作用时间，TNNP为NNP开关状态的作用时间，TNNO为NNO开关状态的作用时间，TPOP为POP开关状态的作用时间，TPNP为PNP开关状态的作用时间，TONP为ONP开关状态的作用时间，TPNO为PNO开关状态的作用时间，TPNN为PNN开关状态的作用时间，TOON为ONN开关状态的作用时间。
步骤600：根据每个小区中每个虚拟空间矢量对应的开关状态的作用时间，对三电平逆变器进行调制。
下面提供一个具体实施案例来进一步说明本发明的方案。
图8为本发明具体实施案例中三分区式VSVPWM波形示意图，表2为本实施案例空间矢量状态次序表。
表2空间矢量状态次序表
Figure BDA0002360961750000131
采用图8和表2的方式，对系统进行仿真。仿真参数如表3所示。
表3仿真参数表
Figure BDA0002360961750000141
图9为本发明具体实施案例的仿真结果图，图10为本发明具体实施案例的控制过程中线电压波形图。通过仿真结果图可知，本发明的调制方法使得直流侧两个电容的电压差稳定±0.1V左右，即中点电压平衡控制达到设计预期。仿真结果证明了本发明所提出的基于三分区式的三电平逆变器中点电压的平衡方法的有效性。
对应图1所示的基于三分区式的三电平逆变器中点电压的平衡方法，图11为本发明基于三分区式的三电平逆变器中点电压的平衡系统的结构示意图。本发明基于三分区式的三电平逆变器中点电压的平衡系统包括以下结构：
三电平空间矢量图划分模块1101，用于利用三分区方式对三电平空间矢量图的进行划分，得到三分区式空间矢量区域划分结果；所述三分区式空间矢量区域划分结果包括6个大区，每个大区包括3个小区，每个小区的调制方式相同。
虚拟空间矢量构建模块1102，用于构建所述三分区式空间矢量区域划分结果中的多个虚拟空间矢量；多个虚拟空间矢量包括虚拟大矢量、虚拟中矢量和虚拟零矢量。
虚拟矢量作用时间求解模块1103，用于对于第i个小区，基于最近三虚拟矢量合成法则，根据参考电压矢量和伏秒平衡方程，计算得到所述第i个小区对应的所述虚拟大矢量、所述虚拟中矢量和所述虚拟零矢量的作用时间。
基本小矢量作用时间确定模块1104，用于根据所述第i个小区的所述虚拟中矢量的作用时间，确定所述第i个小区对应的正型基本小矢量和负型基本小矢量的作用时间。
开关状态作用时间确定模块1105，用于根据所述第i个小区的所述虚拟大矢量、所述虚拟中矢量、所述虚拟零矢量、所述正型基本小矢量和所述负型基本小矢量的作用时间，确定所述第i个小区中每个虚拟空间矢量对应的开关状态的作用时间。
调制模块1106，用于根据每个小区中每个虚拟空间矢量对应的开关状态的作用时间，对所述三电平逆变器进行调制。
所述虚拟空间矢量构建模块1102具体包括：
第一构建单元，用于当参考电压矢量所在的大区编号为I、III或V时，基于基本大矢量、基本中矢量、基本零矢量、正型基本小矢量和负型基本小矢量，构建所述三分区式空间矢量区域划分结果中的多个虚拟空间矢量，公式如下：
Figure BDA0002360961750000151
第二构建单元，用于当参考电压矢量所在的大区编号为II、IV或VI时，基于基本大矢量、基本中矢量、基本零矢量、正型基本小矢量和负型基本小矢量，构建所述三分区式空间矢量区域划分结果中的多个虚拟空间矢量，公式如下：
Figure BDA0002360961750000152
其中，VL1和VL2为两个基本大矢量，VM1和VM2为两个基本中矢量，V0为基本零矢量，
Figure BDA0002360961750000153
为正型第一基本小矢量，
Figure BDA0002360961750000154
为负型第一基本小矢量，
Figure BDA0002360961750000155
为正型第二基本小矢量，
Figure BDA0002360961750000161
为负型第二基本小矢量，VVM为虚拟中矢量，VVL1和VVL2为两个虚拟大矢量，VV0为虚拟零矢量，K为调节因子，K∈[-1,1]；所述虚拟大矢量的模长为
Figure BDA0002360961750000162
所述虚拟中矢量的模长为
Figure BDA0002360961750000163
所述虚拟零矢量的模长为0，Vdc为直流侧电压值。
所述虚拟矢量作用时间求解模块1103具体包括：
参考电压矢量确定单元，用于对于第i个小区，根据所述第i个小区对应的所述虚拟大矢量、所述虚拟中矢量和所述虚拟零矢量，基于最近三虚拟矢量合成法则，得到所述第i个小区的参考电压矢量。
求解单元，用于根据所述虚拟大矢量、所述虚拟中矢量、所述虚拟零矢量和参考电压矢量，求解伏秒平衡方程
Figure BDA0002360961750000164
得到所述虚拟大矢量、所述虚拟中矢量和所述虚拟零矢量的作用时间。
其中，VVL1为虚拟大矢量，VVM为虚拟中矢量，VV0为虚拟零矢量，Vref为参考电压矢量，TVL1为虚拟大矢量的作用时间，TVM为虚拟中矢量的作用时间，TV0为虚拟零矢量的作用时间，Ts为所述第i个小区的采样周期。
所述基本小矢量作用时间确定模块1104具体包括：
第一基本小矢量时间确定单元，用于当所述第i个小区的电流流入中点时，确定所述第i个小区对应的正型基本小矢量和负型基本小矢量的作用时间分别为：
Ⅰ区中的小区：
Figure BDA0002360961750000165
Ⅱ区中的小区：
Figure BDA0002360961750000166
Ⅲ区中的小区：
Figure BDA0002360961750000167
Ⅳ区中的小区：
Figure BDA0002360961750000168
Ⅴ区中的小区：
Figure BDA0002360961750000171
Ⅵ区中的小区：
Figure BDA0002360961750000172
第二基本小矢量时间确定单元，用于当所述第i个小区的电流流出中点时，确定每个小区对应的正型基本小矢量和负型基本小矢量的作用时间为：
Ⅰ区中的小区：
Figure BDA0002360961750000173
Ⅱ区中的小区：
Figure BDA0002360961750000174
Ⅲ区中的小区：
Figure BDA0002360961750000175
Ⅳ区中的小区：
Figure BDA0002360961750000176
Ⅴ区中的小区：
Figure BDA0002360961750000177
Ⅵ区中的小区：
Figure BDA0002360961750000178
其中，I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ为大区编号，TP为每个小区对应的正型基本小矢量的作用时间，TN为每个小区对应的负型基本小矢量的作用时间，TVM为虚拟中矢量的作用时间，Ia、Ib和Ic为不同开关状态下中点N的电流大小。
所述开关状态作用时间确定模块1105具体包括：
Ⅰ区开关状态作用时间确定单元，用于确定Ⅰ1区、Ⅰ2区和Ⅰ3区每个开关状态的作用时间分别为：
Ⅰ1区：
Figure BDA0002360961750000181
Ⅰ2区：
Figure BDA0002360961750000182
Ⅰ3区：
Figure BDA0002360961750000183
Ⅱ区开关状态作用时间确定单元，用于确定Ⅱ1区、Ⅱ2区和Ⅱ3区每个开关状态的作用时间分别为：
Ⅱ1区：
Figure BDA0002360961750000184
Ⅱ2区：
Figure BDA0002360961750000185
Ⅱ3区：
Figure BDA0002360961750000186
Ⅲ区开关状态作用时间确定单元，用于确定Ⅲ1区、Ⅲ2区和Ⅲ3区每个开关状态的作用时间分别为：
Ⅲ1区：
Figure BDA0002360961750000191
Ⅲ2区：
Figure BDA0002360961750000192
Ⅲ3区：
Figure BDA0002360961750000193
Ⅳ区开关状态作用时间确定单元，用于确定Ⅳ1区、Ⅳ2区和Ⅳ3区每个开关状态的作用时间分别为：
Ⅳ1区：
Figure BDA0002360961750000194
Ⅳ2区：
Figure BDA0002360961750000195
Ⅳ3区：
Figure BDA0002360961750000196
Ⅴ区开关状态作用时间确定单元，用于确定Ⅴ1区、Ⅴ2区和Ⅴ3区每个开关状态的作用时间分别为：
Ⅴ1区：
Figure BDA0002360961750000201
Ⅴ2区：
Figure BDA0002360961750000202
Ⅴ3区：
Figure BDA0002360961750000203
Ⅵ区开关状态作用时间确定单元，用于确定Ⅵ1区、Ⅵ2区和Ⅵ3区每个开关状态的作用时间分别为：
Ⅵ1区：
Figure BDA0002360961750000204
Ⅵ2区：
Figure BDA0002360961750000205
Ⅵ3区：
Figure BDA0002360961750000206
其中，I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ为大区编号，1、2和3为大区中的小区编号，TVL1为虚拟大矢量的作用时间，TVM为虚拟中矢量的作用时间，TV0为虚拟零矢量的作用时间，TP为每个小区对应的正型基本小矢量的作用时间，TN为每个小区对应的负型基本小矢量的作用时间；TPPO为PPO开关状态的作用时间，TPPN为PPN开关状态的作用时间，TPON为PON开关状态的作用时间，TPNN为PNN开关状态的作用时间，TONN为ONN开关状态的作用时间，TNNN为NNN开关状态的作用时间，TOPN为OPN开关状态的作用时间，TNPN为NPN开关状态的作用时间，TNON为NON开关状态的作用时间，TOPP为OPP开关状态的作用时间，TNPP为NPP开关状态的作用时间，TNPO为NPO开关状态的作用时间，TNOP为NOP开关状态的作用时间，TNNP为NNP开关状态的作用时间，TNNO为NNO开关状态的作用时间，TPOP为POP开关状态的作用时间，TPNP为PNP开关状态的作用时间，TONP为ONP开关状态的作用时间，TPNO为PNO开关状态的作用时间，TPNN为PNN开关状态的作用时间，TOON为ONN开关状态的作用时间。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种基于三分区式的三电平逆变器中点电压的平衡方法，其特征在于，包括：
利用三分区方式对三电平空间矢量图的进行划分，得到三分区式空间矢量区域划分结果；所述三分区式空间矢量区域划分结果包括6个大区，每个大区包括3个小区，每个小区的调制方式相同；
构建所述三分区式空间矢量区域划分结果中的多个虚拟空间矢量；多个虚拟空间矢量包括虚拟大矢量、虚拟中矢量和虚拟零矢量；
对于第i个小区，基于最近三虚拟矢量合成法则，根据参考电压矢量和伏秒平衡方程，计算得到所述第i个小区对应的所述虚拟大矢量、所述虚拟中矢量和所述虚拟零矢量的作用时间；具体包括：
对于第i个小区，根据所述第i个小区对应的所述虚拟大矢量、所述虚拟中矢量和所述虚拟零矢量，基于最近三虚拟矢量合成法则，得到所述第i个小区的参考电压矢量；
根据所述虚拟大矢量、所述虚拟中矢量、所述虚拟零矢量和参考电压矢量，求解伏秒平衡方程
Figure FDA0004142053270000011
得到所述虚拟大矢量、所述虚拟中矢量和所述虚拟零矢量的作用时间；
其中，VVL1为虚拟大矢量，VVM为虚拟中矢量，VV0为虚拟零矢量，Vref为参考电压矢量，TVL1为虚拟大矢量的作用时间，TVM为虚拟中矢量的作用时间，TV0为虚拟零矢量的作用时间，Ts为所述第i个小区的采样周期；
根据所述第i个小区的所述虚拟中矢量的作用时间，确定所述第i个小区对应的正型基本小矢量和负型基本小矢量的作用时间；具体包括：
当所述第i个小区的电流流入中点时，确定所述第i个小区对应的正型基本小矢量和负型基本小矢量的作用时间分别为：
Ⅰ区中的小区：
Figure FDA0004142053270000012
Ⅱ区中的小区：
Figure FDA0004142053270000013
Ⅲ区中的小区：
Figure FDA0004142053270000021
Ⅳ区中的小区：
Figure FDA0004142053270000022
Ⅴ区中的小区：
Figure FDA0004142053270000023
Ⅵ区中的小区：
Figure FDA0004142053270000024
当所述第i个小区的电流流出中点时，确定每个小区对应的正型基本小矢量和负型基本小矢量的作用时间为：
Ⅰ区中的小区：
Figure FDA0004142053270000025
Ⅱ区中的小区：
Figure FDA0004142053270000026
Ⅲ区中的小区：
Figure FDA0004142053270000027
Ⅳ区中的小区：
Figure FDA0004142053270000028
Ⅴ区中的小区：
Figure FDA0004142053270000029
Ⅵ区中的小区：
Figure FDA00041420532700000210
其中，I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ为大区编号，TP为每个小区对应的正型基本小矢量的作用时间，TN为每个小区对应的负型基本小矢量的作用时间，Ia、Ib和Ic为不同开关状态下中点N的电流大小；
根据所述第i个小区的所述虚拟大矢量、所述虚拟中矢量、所述虚拟零矢量、所述正型基本小矢量和所述负型基本小矢量的作用时间，确定所述第i个小区中每个虚拟空间矢量对应的开关状态的作用时间；具体包括：
确定Ⅰ1区、Ⅰ2区和Ⅰ3区每个开关状态的作用时间分别为：
Ⅰ1区：
Figure FDA0004142053270000031
Ⅰ2区：
Figure FDA0004142053270000032
Ⅰ3区：
Figure FDA0004142053270000033
确定Ⅱ1区、Ⅱ2区和Ⅱ3区每个开关状态的作用时间分别为：
Ⅱ1区：
Figure FDA0004142053270000034
Ⅱ2区：
Figure FDA0004142053270000035
Ⅱ3区：
Figure FDA0004142053270000036
确定Ⅲ1区、Ⅲ2区和Ⅲ3区每个开关状态的作用时间分别为：
Ⅲ1区：
Figure FDA0004142053270000037
Ⅲ2区：
Figure FDA0004142053270000038
Ⅲ3区：
Figure FDA0004142053270000039
确定Ⅳ1区、Ⅳ2区和Ⅳ3区每个开关状态的作用时间分别为：
Ⅳ1区：
Figure FDA0004142053270000041
Ⅳ2区：
Figure FDA0004142053270000042
Ⅳ3区：
Figure FDA0004142053270000043
确定Ⅴ1区、Ⅴ2区和Ⅴ3区每个开关状态的作用时间分别为：
Ⅴ1区：
Figure FDA0004142053270000044
Ⅴ2区：
Figure FDA0004142053270000045
Ⅴ3区：
Figure FDA0004142053270000046
确定Ⅵ1区、Ⅵ2区和Ⅵ3区每个开关状态的作用时间分别为：
Ⅵ1区：
Figure FDA0004142053270000047
Ⅵ2区：
Figure FDA0004142053270000048
Ⅵ3区：
Figure FDA0004142053270000049
其中，1、2和3为大区中的小区编号，TPPO为PPO开关状态的作用时间，TPPN为PPN开关状态的作用时间，TPON为PON开关状态的作用时间，TPNN为PNN开关状态的作用时间，TONN为ONN开关状态的作用时间，TNNN为NNN开关状态的作用时间，TOPN为OPN开关状态的作用时间，TNPN为NPN开关状态的作用时间，TNON为NON开关状态的作用时间，TOPP为OPP开关状态的作用时间，TNPP为NPP开关状态的作用时间，TNPO为NPO开关状态的作用时间，TNOP为NOP开关状态的作用时间，TNNP为NNP开关状态的作用时间，TNNO为NNO开关状态的作用时间，TPOP为POP开关状态的作用时间，TPNP为PNP开关状态的作用时间，TONP为ONP开关状态的作用时间，TPNO为PNO开关状态的作用时间，TPNN为PNN开关状态的作用时间，TOON为ONN开关状态的作用时间；
根据每个小区中每个虚拟空间矢量对应的开关状态的作用时间，对所述三电平逆变器进行调制。
2.根据权利要求1所述的基于三分区式的三电平逆变器中点电压的平衡方法，其特征在于，所述构建所述三分区式空间矢量区域划分结果中的多个虚拟空间矢量，具体包括：
当参考电压矢量所在的大区编号为I、III或V时，基于基本大矢量、基本中矢量、基本零矢量、正型基本小矢量和负型基本小矢量，构建所述三分区式空间矢量区域划分结果中的多个虚拟空间矢量，公式如下：
Figure FDA0004142053270000051
当参考电压矢量所在的大区编号为II、IV或VI时，基于基本大矢量、基本中矢量、基本零矢量、正型基本小矢量和负型基本小矢量，构建所述三分区式空间矢量区域划分结果中的多个虚拟空间矢量，公式如下：
Figure FDA0004142053270000061
其中，VL1和VL2为两个基本大矢量，VM1和VM2为两个基本中矢量，V0为基本零矢量，
Figure FDA0004142053270000062
为正型第一基本小矢量，
Figure FDA0004142053270000063
为负型第一基本小矢量，
Figure FDA0004142053270000064
为正型第二基本小矢量，
Figure FDA0004142053270000065
为负型第二基本小矢量，VVM为虚拟中矢量，VVL1和VVL2为两个虚拟大矢量，VV0为虚拟零矢量，K为调节因子，K∈[-1,1]；所述虚拟大矢量的模长为
Figure FDA0004142053270000066
所述虚拟中矢量的模长为
Figure FDA0004142053270000067
所述虚拟零矢量的模长为0，Vdc为直流侧电压值。
3.一种基于三分区式的三电平逆变器中点电压的平衡系统，其特征在于，包括：
三电平空间矢量图划分模块，用于利用三分区方式对三电平空间矢量图的进行划分，得到三分区式空间矢量区域划分结果；所述三分区式空间矢量区域划分结果包括6个大区，每个大区包括3个小区，每个小区的调制方式相同；
虚拟空间矢量构建模块，用于构建所述三分区式空间矢量区域划分结果中的多个虚拟空间矢量；多个虚拟空间矢量包括虚拟大矢量、虚拟中矢量和虚拟零矢量；
虚拟矢量作用时间求解模块，用于对于第i个小区，基于最近三虚拟矢量合成法则，根据参考电压矢量和伏秒平衡方程，计算得到所述第i个小区对应的所述虚拟大矢量、所述虚拟中矢量和所述虚拟零矢量的作用时间；具体包括：
参考电压矢量确定单元，用于对于第i个小区，根据所述第i个小区对应的所述虚拟大矢量、所述虚拟中矢量和所述虚拟零矢量，基于最近三虚拟矢量合成法则，得到所述第i个小区的参考电压矢量；
求解单元，用于根据所述虚拟大矢量、所述虚拟中矢量、所述虚拟零矢量和参考电压矢量，求解伏秒平衡方程
Figure FDA0004142053270000071
得到所述虚拟大矢量、所述虚拟中矢量和所述虚拟零矢量的作用时间；
其中，VVL1为虚拟大矢量，VVM为虚拟中矢量，VV0为虚拟零矢量，Vref为参考电压矢量，TVL1为虚拟大矢量的作用时间，TVM为虚拟中矢量的作用时间，TV0为虚拟零矢量的作用时间，Ts为所述第i个小区的采样周期；
基本小矢量作用时间确定模块，用于根据所述第i个小区的所述虚拟中矢量的作用时间，确定所述第i个小区对应的正型基本小矢量和负型基本小矢量的作用时间；具体包括：
第一基本小矢量时间确定单元，用于当所述第i个小区的电流流入中点时，确定所述第i个小区对应的正型基本小矢量和负型基本小矢量的作用时间分别为：
Ⅰ区中的小区：
Figure FDA0004142053270000072
Ⅱ区中的小区：
Figure FDA0004142053270000073
Ⅲ区中的小区：
Figure FDA0004142053270000074
Ⅳ区中的小区：
Figure FDA0004142053270000075
Ⅴ区中的小区：
Figure FDA0004142053270000076
Ⅵ区中的小区：
Figure FDA0004142053270000077
第二基本小矢量时间确定单元，用于当所述第i个小区的电流流出中点时，确定每个小区对应的正型基本小矢量和负型基本小矢量的作用时间为：
Ⅰ区中的小区：
Figure FDA0004142053270000078
Ⅱ区中的小区：
Figure FDA0004142053270000079
Ⅲ区中的小区：
Figure FDA0004142053270000081
Ⅳ区中的小区：
Figure FDA0004142053270000082
Ⅴ区中的小区：
Figure FDA0004142053270000083
Ⅵ区中的小区：
Figure FDA0004142053270000084
其中，I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ为大区编号，TP为每个小区对应的正型基本小矢量的作用时间，TN为每个小区对应的负型基本小矢量的作用时间，Ia、Ib和Ic为不同开关状态下中点N的电流大小；
开关状态作用时间确定模块，用于根据所述第i个小区的所述虚拟大矢量、所述虚拟中矢量、所述虚拟零矢量、所述正型基本小矢量和所述负型基本小矢量的作用时间，确定所述第i个小区中每个虚拟空间矢量对应的开关状态的作用时间；具体包括：
Ⅰ区开关状态作用时间确定单元，用于确定Ⅰ1区、Ⅰ2区和Ⅰ3区每个开关状态的作用时间分别为：
Ⅰ1区：
Figure FDA0004142053270000085
Ⅰ2区：
Figure FDA0004142053270000086
Ⅰ3区：
Figure FDA0004142053270000087
Ⅱ区开关状态作用时间确定单元，用于确定Ⅱ1区、Ⅱ2区和Ⅱ3区每个开关状态的作用时间分别为：
Ⅱ1区：
Figure FDA0004142053270000091
Ⅱ2区：
Figure FDA0004142053270000092
Ⅱ3区：
Figure FDA0004142053270000093
Ⅲ区开关状态作用时间确定单元，用于确定Ⅲ1区、Ⅲ2区和Ⅲ3区每个开关状态的作用时间分别为：
Ⅲ1区：
Figure FDA0004142053270000094
Ⅲ2区：
Figure FDA0004142053270000095
Ⅲ3区：
Figure FDA0004142053270000096
Ⅳ区开关状态作用时间确定单元，用于确定Ⅳ1区、Ⅳ2区和Ⅳ3区每个开关状态的作用时间分别为：
Ⅳ1区：
Figure FDA0004142053270000101
Ⅳ2区：
Figure FDA0004142053270000102
Ⅳ3区：
Figure FDA0004142053270000103
Ⅴ区开关状态作用时间确定单元，用于确定Ⅴ1区、Ⅴ2区和Ⅴ3区每个开关状态的作用时间分别为：
Ⅴ1区：
Figure FDA0004142053270000104
Ⅴ2区：
Figure FDA0004142053270000105
Ⅴ3区：
Figure FDA0004142053270000106
Ⅵ区开关状态作用时间确定单元，用于确定Ⅵ1区、Ⅵ2区和Ⅵ3区每个开关状态的作用时间分别为：
Ⅵ1区：
Figure FDA0004142053270000111
Ⅵ2区：
Figure FDA0004142053270000112
Ⅵ3区：
Figure FDA0004142053270000113
其中，1、2和3为大区中的小区编号，TPPO为PPO开关状态的作用时间，TPPN为PPN开关状态的作用时间，TPON为PON开关状态的作用时间，TPNN为PNN开关状态的作用时间，TONN为ONN开关状态的作用时间，TNNN为NNN开关状态的作用时间，TOPN为OPN开关状态的作用时间，TNPN为NPN开关状态的作用时间，TNON为NON开关状态的作用时间，TOPP为OPP开关状态的作用时间，TNPP为NPP开关状态的作用时间，TNPO为NPO开关状态的作用时间，TNOP为NOP开关状态的作用时间，TNNP为NNP开关状态的作用时间，TNNO为NNO开关状态的作用时间，TPOP为POP开关状态的作用时间，TPNP为PNP开关状态的作用时间，TONP为ONP开关状态的作用时间，TPNO为PNO开关状态的作用时间，TPNN为PNN开关状态的作用时间，TOON为ONN开关状态的作用时间；
调制模块，用于根据每个小区中每个虚拟空间矢量对应的开关状态的作用时间，对所述三电平逆变器进行调制。
4.根据权利要求3所述的基于三分区式的三电平逆变器中点电压的平衡系统，其特征在于，所述虚拟空间矢量构建模块具体包括：
第一构建单元，用于当参考电压矢量所在的大区编号为I、III或V时，基于基本大矢量、基本中矢量、基本零矢量、正型基本小矢量和负型基本小矢量，构建所述三分区式空间矢量区域划分结果中的多个虚拟空间矢量，公式如下：
Figure FDA0004142053270000121
第二构建单元，用于当参考电压矢量所在的大区编号为II、IV或VI时，基于基本大矢量、基本中矢量、基本零矢量、正型基本小矢量和负型基本小矢量，构建所述三分区式空间矢量区域划分结果中的多个虚拟空间矢量，公式如下：
Figure FDA0004142053270000122
其中，VL1和VL2为两个基本大矢量，VM1和VM2为两个基本中矢量，V0为基本零矢量，
Figure FDA0004142053270000123
为正型第一基本小矢量，
Figure FDA0004142053270000124
为负型第一基本小矢量，
Figure FDA0004142053270000125
为正型第二基本小矢量，
Figure FDA0004142053270000126
为负型第二基本小矢量，VVM为虚拟中矢量，VVL1和VVL2为两个虚拟大矢量，VV0为虚拟零矢量，K为调节因子，K∈[-1,1]；所述虚拟大矢量的模长为
Figure FDA0004142053270000127
所述虚拟中矢量的模长为
Figure FDA0004142053270000128
所述虚拟零矢量的模长为0，Vdc为直流侧电压值。
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