CN112701947B - 基于零序电压最小空间矢量调制控制的级联多电平变换器 - Google Patents

基于零序电压最小空间矢量调制控制的级联多电平变换器 Download PDF

Info

Publication number
CN112701947B
CN112701947B CN202110098078.1A CN202110098078A CN112701947B CN 112701947 B CN112701947 B CN 112701947B CN 202110098078 A CN202110098078 A CN 202110098078A CN 112701947 B CN112701947 B CN 112701947B
Authority
CN
China
Prior art keywords
switching
vector
switch
switch state
basic
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
Application number
CN202110098078.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112701947A (zh
Inventor
曾瑄
曾文军
涂振宇
王翠
王沄禾
李常学
段万政
欧阳俊铭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanchang Institute of Technology
Original Assignee
Nanchang Institute of Technology
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanchang Institute of Technology filed Critical Nanchang Institute of Technology
Priority to CN202110098078.1A priority Critical patent/CN112701947B/zh
Publication of CN112701947A publication Critical patent/CN112701947A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112701947B publication Critical patent/CN112701947B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于零序电压最小空间矢量调制控制的级联多电平变换器，所述的级联多电平变换器为三相n级多电平变换器，每一相由n个电压型单相全桥逆变器子模块串联组成，单相全桥逆变器子模块即H桥，每一个H桥由四个IGBT及反并联二极管组成；级联多电平变换器控制系统包括控制模块，控制模块采样三个相电压参考信号，产生12*n路PWM脉冲以控制级联多电平变换器的运行；控制模块中执行的调制方法为基于零序电压最小空间矢量调制方法。本发明的上述方案，可以直接得到基本矢量对应的所有开关状态中零序电压最小的开关状态，只需要通过比较和简单的四则运算就可以实现算法，避免了复杂的三角函数和无理数计算，易于计算机实现。

Description

基于零序电压最小空间矢量调制控制的级联多电平变换器
技术领域
本发明属于逆变器调制领域，涉及一种基于零序电压最小空间矢量调制控制的级联多电平变换器。
背景技术
级联型多电平变换器拓扑是出现最早的一种多电平变换器电路，经过二十几年的发展，特别是工业生产对中高压大功率变换器的需求增加，人们对这种变换器拓扑结构给予了极大的关注。级联型变换器以低压功率器件实现高压大容量输出，克服了变换器电压等级和容量受限于单个功率开关器件耐压和容量的问题，可以根据应用需求增加级联单元数量以增加输出电压的电平数，从而提高变换器的电压等级及容量。级联型变换器具有模块化程度高、易于扩展和控制、可靠性好、谐波含量低等特点，因此级联型结构有广泛的应用范围。
空间矢量脉冲宽度调制(Space Vector Pulse Width Modulation-SVPWM)技术是正弦脉冲宽度调制(Sinusoidal Pulse Width Modulation-SPWM)技术与交流电机磁链圆形轨迹相结合的一种PWM控制法。其实现方法是当交流电机以三相对称正弦波电压供电时产生的理想圆形磁链轨迹为基准，用全控型开关器件的不同开关状态组合控制产生的磁链去逼近理想圆形磁链轨迹，从而得到期望的输出电压。与传统的SPWM技术相比，SVPWM技术的功率开关器件的开关次数可以减少1/3，直流电压利用率可以提高15％，且易于实现实时的数字化控制，因此得到广泛的应用。
传统SVPWM技术首先通过克拉克变换将三相参考电压转化为二维直角坐标平面上的参考矢量，然后对参考矢量进行定位，确定距离参考矢量最近的三个基本矢量，依据伏秒平衡原理用最近的三个基本矢量合成参考矢量并计算出相应基本矢量的作用时间，之后计算出基本矢量对应的开关状态，确定开关状态切换顺序，最后将开关状态转化为具体的开关器件的控制信号，控制各个级联单元的工作，实现对三相变换器的空间矢量调制。由基本矢量计算对应的开关状态需要解一个非齐次线性方程组，非齐次线性方程组的解有无穷个，考虑到实际级联单元数有限，可得到有限个解，即存在一个基本矢量对应多个开关状态(称为冗余开关状态)。冗余开关状态导致计算工作量大、切换路径选择复杂等问题，当级联单元数增加，计算量呈指数上升，SVPWM实现难度大大增加。
基于上述传统SVPWM技术实现困难的问题，有必要研究一种新的级联多电平变换器空间矢量调制方法。
发明内容
本发明的目的就是针对传统级联多电平变换器空间矢量调制算法存在的上述问题，提出一种基于零序电压最小空间矢量调制控制的级联多电平变换器，此方案通过附加一个特定的约束条件将SVPWM算法中基本矢量和开关状态之间映射的非齐次线性方程组转换为齐次线性方程组，求解新的齐次线性方程组，即可得到特定约束条件下基本矢量对应的开关状态，并且所得开关状态为此基本矢量对应的所有开关状态中零序电压最小的一个。该简化SVPWM方法适用于任意级数多电平变换器。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：
如附图1所示一种基于零序电压最小空间矢量调制控制的级联多电平变换器结构图，所述的级联多电平变换器主电路每一相由n个电压型单相全桥逆变器子模块串联组成，单相全桥逆变器子模块即H桥，每一个H桥由四个IGBT及反并联二极管组成，与H桥并联的电容表明子模块为电压型逆变，且所有子模块的输入电压都相等，用Udc表示，H桥逆变子模块输出电压有三种情况：-Udc、0、Udc，对应三种电平：-1、0、1。对于三相n级H桥级联型多电平变换器，a，b，c∈[±n，±(n-1)，±(n-2)，...，±2，±1，0]；级联多电平变换器控制系统包括控制模块，控制模块采样三个相电压参考信号ura，urb，urc：
Figure GDA0002982370150000021
式中，m表示调制系数，0＜m≤1，反映H桥输入直流电压的利用率，n表示每一相级联H桥单元数，ω表示参考信号角频率，t表示时间。
控制模块产生12*n路PWM脉冲信号以控制级联多电平变换器的运行；控制模块中执行的调制方法为基于零序电压最小空间矢量调制方法。
调制方法包括以下步骤，具体实施步骤框图如附图2所示：
步骤一：对三个相电压参考信号ura,urb,urc采样，参考信号就是给定信号，在多电平变换器调制算法中称为参考信号，计算得到α'-β'坐标系上的参考矢量
Figure GDA00029823701500000316
Figure GDA00029823701500000317
式中，αr和βr表示参考矢量
Figure GDA0002982370150000033
的坐标分量，对αr和βr取整得：
Figure GDA0002982370150000034
式中int(*)为取整函数，确定距离参考矢量
Figure GDA0002982370150000035
最近的四个基本矢量分别为
Figure GDA0002982370150000036
基本矢量
Figure GDA0002982370150000037
Figure GDA0002982370150000038
组成单位正方形，如附图3所示；
步骤二：α'-β'坐标系上基本矢量
Figure GDA0002982370150000039
与开关状态S(a,b,c)之间的映射函数为：
Figure GDA00029823701500000310
α和β表示基本矢量
Figure GDA00029823701500000311
对应的坐标分量，由于三相电平数a,b,c∈[±n,±(n-1),±(n-2),...,±2,±1,±0]，因此α'-β'平面上基本矢量分布于单位整数坐标点；S(a,b,c)称为基本矢量
Figure GDA00029823701500000312
对应的开关状态，S表示开关状态名称；
步骤三：根据零序电压N最小的要求，构造约束函数：
N＝a+b+c＝0 (5)
步骤四：联立公式(4)和(5)得：
Figure GDA00029823701500000313
步骤五：判断(αr+βr)-(α0+β0)是否大于等于1，确定距离参考矢量
Figure GDA00029823701500000314
最近的三个基本矢量，用这三个最近的基本矢量合成参考矢量
Figure GDA00029823701500000315
根据伏秒平衡原理计算三个基本矢量的作用时间，将基本矢量代入公式(6)，计算基本矢量对应的开关状态；
步骤六：确定三个基本矢量对应开关状态的切换顺序，采用五段算法实现空间矢量调制。
所述的步骤四中，计算公式(6)所得a,b,c可能不为整数，需要通过round函数对a,b,c取整，round(*)表示对数值*进行四舍五入取整：
Figure GDA0002982370150000041
如果所得a',b',c'∈[±n，±(n-1)，±(n-2)，...，±2，±1,0]，k＝0；如果所得
Figure GDA0002982370150000042
当min(a',b',c')<-n时，k＝min(a',b',c')+n；当max(a',b',c')>n时，k＝max(a',b',c')-n；
将a',b',c'同时减去k得：
Figure GDA0002982370150000043
S(a”,b”,c”)即为基本矢量
Figure GDA0002982370150000044
对应的零序电压最小的开关状态。
所述的步骤五中可得到两种情况：
情况一：当(αr+βr)-(α0+β0)≥1时，用基本矢量
Figure GDA0002982370150000045
合成参考矢量
Figure GDA0002982370150000046
根据伏秒平衡原理得：
Figure GDA0002982370150000047
式中，t1,t2,t3分别表示基本矢量
Figure GDA0002982370150000048
的作用时间，Ts表示采样周期；
根据公式(6)、(7)、(8)计算基本矢量
Figure GDA0002982370150000049
对应的开关状态S1(a1”,b1”,c1”)、S2(a2”,b2”,c2”)和S3(a3”,b3”,c3”)，即
Figure GDA00029823701500000410
Figure GDA00029823701500000411
且S1是基本矢量
Figure GDA00029823701500000412
零序电压最小的开关状态、S2是基本矢量
Figure GDA00029823701500000413
零序电压最小的开关状态、S3是基本矢量
Figure GDA00029823701500000414
零序电压最小的开关状态；
情况二：当(αr+βr)-(α0+β0)<1时，用基本矢量
Figure GDA00029823701500000415
合成参考矢量
Figure GDA00029823701500000416
根据伏秒平衡原理得：
Figure GDA00029823701500000417
式中，t0,t1,t2分别表示基本矢量
Figure GDA00029823701500000418
的作用时间；
根据公式(6)、(7)、(8)计算基本矢量
Figure GDA00029823701500000419
对应的开关状态S0(a0”,b0”,c0”)、S1(a1”,b1”,c1”)和S2(a2”,b2”,c2”)，即：
Figure GDA00029823701500000420
Figure GDA00029823701500000421
且S0是基本矢量
Figure GDA00029823701500000422
零序电压最小的开关状态、S1是基本矢量
Figure GDA00029823701500000423
零序电压最小的开关状态、S2是基本矢量
Figure GDA0002982370150000051
零序电压最小的开关状态。
所述的步骤六中，首先计算基本矢量对应的冗余开关状态个数g：
g＝2n-max{a,b,c}+min{a,b,c} (11)
根据公式(11)可计算三个基本矢量
Figure GDA0002982370150000052
或
Figure GDA0002982370150000053
对应的冗余开关状态个数分别为g0,g1,g2或g1,g2,g3：
g0＝2n-max{a0”,b0”,c0”}+min{a0”,b0”,c0”}；
g1＝2n-max{a1”,b1”,c1”}+min{a1”,b1”,c1”}；
g2＝2n-max{a2”,b2”,c2”}+min{a2”,b2”,c2”}；
g3＝2n-max{a3”,b3”,c3”}+min{a3”,b3”,c3”}；
根据开关状态切换最优的原则(即冗余开关状态多的基本矢量优先且前后切换的开关状态只改变±1个单位电平)，判断开关状态切换顺序，有以下两种情况；
情况1：当(αr+βr)-(α0+β0)≥1时，计算函数mod((g1+g2+g3),3)得到两种情况：
当mod((g1+g2+g3),3)＝1时，
Figure GDA0002982370150000054
三个基本矢量中的一个基本矢量对应的冗余开关状态个数会比其他两个基本矢量多一个冗余开关状态，将g1,g2,g3中最大的那个对应的开关状态作为第一个切换的开关状态，与这个开关状态差值为±1的开关状态作为第二个切换的开关状态，剩下那个即为第三个切换的开关状态；
当mod((g1+g2+g3),3)＝2时，三个基本矢量中的一个基本矢量对应的冗余开关状态个数会比其他两个基本矢量少一个冗余开关状态，将g1,g2,g3中最小的那个对应的开关状态作为第三个切换的开关状态，与这个开关状态差值为±1的开关状态作为第二个切换的开关状态，剩下那个即为第一个切换的开关状态；
根据计算所得结果，存在六种切换顺序，采用五段算法实现，合成参考矢量的开关状态切换顺序为：
①计算所得切换顺序为S1,S2,S3，合成参考矢量的开关状态切换顺序为S1→S2→S3→S2→S1，对应的作用时间分别为t1/2→t2/2→t3→t2/2→t1/2；
②计算所得切换顺序为S1,S3,S2，合成参考矢量的开关状态切换顺序为S1→S3→S2→S3→S1，对应的作用时间分别为t1/2→t3/2→t2→t3/2→t1/2；
③计算所得切换顺序为S2,S1,S3，合成参考矢量的开关状态切换顺序为S2→S1→S3→S1→S2，对应的作用时间分别为t2/2→t1/2→t3→t1/2→t2/2；
④计算所得切换顺序为S2,S3,S1，合成参考矢量的开关状态切换顺序为S2→S3→S1→S3→S2，对应的作用时间分别为t2/2→t3/2→t1→t3/2→t2/2；
⑤计算所得切换顺序为S3,S1,S2，合成参考矢量的开关状态切换顺序为S3→S1→S2→S1→S3，对应的作用时间分别为t3/2→t1/2→t2→t1/2→t3/2；
⑥计算所得切换顺序为S3,S2,S1，合成参考矢量的开关状态切换顺序为S3→S2→S1→S2→S3，对应的作用时间分别为t3/2→t2/2→t1→t2/2→t3/2；
情况2：当(αr+βr)-(α0+β0)<1时，计算函数mod((g0+g1+g2),3)得到两种情况：
当mod((g0+g1+g2),3)＝1时，三个基本矢量中的一个基本矢量对应的冗余开关状态个数会比其他两个基本矢量多一个冗余开关状态，将g0,g1,g2中最大的那个对应的开关状态作为第一个切换的开关状态，与这个开关状态差值为±1的开关状态作为第二个切换的开关状态，剩下那个即为第三个切换的开关状态；
当mod((g0+g1+g2),3)＝2时，三个基本矢量中的一个基本矢量对应的冗余开关状态个数会比其他两个基本矢量少一个冗余开关状态，将g0,g1,g2中最小的那个对应的开关状态作为第三个切换的开关状态，与这个开关状态差值为±1的开关状态作为第二个切换的开关状态，剩下那个即为第一个切换的开关状态；
根据计算所得结果，存在六种切换顺序，采用五段算法实现，合成参考矢量的开关状态切换顺序为：
①计算所得切换顺序为S0,S1,S2，合成参考矢量的开关状态切换顺序为S0→S1→S2→S1→S0，对应的作用时间分别为t0/2→t1/2→t2→t1/2→t0/2；
②计算所得切换顺序为S0,S2,S1，合成参考矢量的开关状态切换顺序为S0→S2→S1→S2→S0，对应的作用时间分别为t0/2→t2/2→t1→t2/2→t0/2；
③计算所得切换顺序为S1,S0,S2，合成参考矢量的开关状态切换顺序为S1→S0→S2→S0→S1，对应的作用时间分别为t1/2→t0/2→t2→t0/2→t1/2；
④计算所得切换顺序为S1,S2,S0，合成参考矢量的开关状态切换顺序为S1→S2→S0→S2→S1，对应的作用时间分别为t1/2→t2/2→t0→t2/2→t1/2；
⑤计算所得切换顺序为S2,S0,S1，合成参考矢量的开关状态切换顺序为S2→S0→S1→S0→S2，对应的作用时间分别为t2/2→t0/2→t1→t0/2→t2/2；
⑥计算所得切换顺序为S2,S1,S0，合成参考矢量的开关状态切换顺序为S2→S1→S0→S1→S2，对应的作用时间分别为t2/2→t1/2→t0→t1/2→t2/2。
与现有的空间矢量调制技术相比，本发明的上述方案，可以直接得到基本矢量对应的所有开关状态中零序电压最小的开关状态，只需要通过比较和简单的四则运算就可以实现算法，避免了复杂的三角函数和无理数计算，易于计算机实现。
附图说明
图1基于零序电压最小空间矢量调制控制的级联多电平变换器结构图；
图2实施步骤框图；
图3参考电压矢量定位原理图；
图4实施例开关状态切换及时间分配图；
图5实施例仿真输出相电压和线电压波形图；图5(a)和图5(b)分别为相电压和线电压的波形图，图中up表示相电压，ul表示线电压。
具体实施方式
下面以4级9电平变换器为例(即n＝4，三相输出电压的电平数a，b，c∈[±4，±3，±2，±1，0])，H桥子模块输入直流电压Udc＝100V，相电压参考信号的调制系数m＝0.95，参考信号角频率ω＝100π，采样周期Ts＝0.2ms，结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：
设t＝5.2ms时采样，调制方法包括以下步骤：
步骤一：对三个相电压参考信号ura，urb，urc采样得：ura＝-0.276、urb＝3.93、urc＝-3.655，根据公式(2)计算得αr＝3.379、βr＝4.206，即参考矢量
Figure GDA0002982370150000071
对αr和βr取整得α0＝3、β0＝4。
距离参考矢量
Figure GDA0002982370150000072
最近的四个基本矢量分别为
Figure GDA0002982370150000073
Figure GDA0002982370150000074
基本矢量
Figure GDA0002982370150000075
组成单位正方形。
步骤二：(αr+βr)-(α0+β0)＝(3.376+4.206)-(3+4)＝0.582<1，用基本矢量
Figure GDA0002982370150000076
合成参考矢量
Figure GDA0002982370150000077
步骤三：根据公式(10)计算基本矢量
Figure GDA0002982370150000078
的作用时间t0，t1，t2：
Figure GDA0002982370150000079
计算得：t0＝0.0836ms，t1＝0.0752ms，t2＝0.0412ms。
步骤四：根据公式(6)计算基本矢量
Figure GDA00029823701500000710
的开关状态：
Figure GDA00029823701500000711
步骤五：根据公式(7)对a0，b0，c0、a1，b1，c1、a2，b2，c2分别进行四舍五入取整得：
Figure GDA0002982370150000081
由于a0',b0',c0'∈[±4,±3,±2,±1,0]、a1',b1',c1'∈[±4,±3,±2,±1,0]、a2',b2',c2'∈[±4,±3,±2,±1,0]，k＝0，根据公式(8)计算得：
Figure GDA0002982370150000082
S0(0,4,-3)、S1(0,4,-4)、S2(-1,4,-4)即为α'-β'坐标系上基本矢量
Figure GDA0002982370150000083
Figure GDA0002982370150000084
对应的零序电压最小的开关状态；
步骤六：根据公式(11)计算基本矢量
Figure GDA0002982370150000085
的冗余开关状态个数g0,g1,g2：
g0＝2n-max{a0”,b0”,c0”}+min{a0”,b0”,c0”}＝2*4-4+(-3)＝1
g1＝2n-max{a1”,b1”,c1”}+min{a1”,b1”,c1”}＝2*4-4+(-4)＝0
g2＝2n-max{a2”,b2”,c2”}+min{a2”,b2”,c2”}＝2*4-4+(-4)＝0
步骤七：根据开关状态切换最优的原则(即冗余开关状态多的基本矢量优先且前后切换的开关状态只改变1个单位电平)，判断开关状态切换顺序：
由于本实施例所选择的参考矢量满足(αr+βr)-(α0+β0)＝(3.376+4.206)-(3+4)＝0.582<1，mod((g0+g1+g2),3)＝1，因此，g0,g1,g2中最大的为g0，其对应的开关状态S0(0,4,-3)作为第一个切换的开关状态，与开关状态S0(0,4,-3)比较，开关状态S1(0,4,-4)只在c相分量上与开关状态S0(0,4,-3)相差1个电平，故S1(0,4,-4)作为第二个切换的开关状态，剩下的S2(-1,4,-4)即为第三个切换的开关状态，开关状态S2(-1,4,-4)只在c相分量上与开关状态S1(0,4,-4)相差1个电平，即切换顺序S0,S1,S2遵循最优切换的原则。
计算所得切换顺序为S0,S1,S2，合成参考矢量的开关状态切换顺序为S0(0,4,-3)→S1(0,4,-4)→S2(-1,4,-4)→S1(0,4,-4)→S0(0,4,-3)，对应的作用时间分别为t0/2→t1/2→t2→t1/2→t0/2，具体开关状态切换及时间分配如图4所示。
为了跟踪参考矢量的变化，重复以上工作即可。
本实施例所得其中一个相电压和一个线电压仿真波形如图5所示。

Claims (4)

1.一种基于零序电压最小空间矢量调制控制的级联多电平变换器，所述的级联多电平变换器为三相n级多电平变换器，每一相由n个电压型单相全桥逆变器子模块串联组成，单相全桥逆变器子模块即H桥，每一个H桥由四个IGBT及反并联二极管组成；其特征在于，
级联多电平变换器控制系统包括控制模块，控制模块采样三个相电压参考信号，产生12*n路PWM脉冲以控制级联多电平变换器的运行；
控制模块中执行的调制方法为基于零序电压最小空间矢量调制方法；
调制方法包括以下步骤：
步骤一：对三个相电压参考信号ura,urb,urc采样，计算得到α'-β'坐标系上的参考矢量
Figure FDA0003392733250000011
Figure FDA0003392733250000012
式中，αr和βr表示参考矢量
Figure FDA0003392733250000013
的坐标分量，对αr和βr取整得：
Figure FDA0003392733250000014
式中int(*)为取整函数，确定距离参考矢量
Figure FDA0003392733250000015
最近的四个基本矢量分别为
Figure FDA0003392733250000016
基本矢量
Figure FDA0003392733250000017
Figure FDA0003392733250000018
组成单位正方形；
步骤二：α'-β'坐标系上基本矢量
Figure FDA0003392733250000019
与开关状态S(a,b,c)之间的映射函数为：
Figure FDA00033927332500000110
α和β分别表示基本矢量
Figure FDA00033927332500000111
对应的坐标分量，S(a,b,c)称为基本矢量
Figure FDA00033927332500000112
对应的开关状态，S表示开关状态名称，a,b,c分别表示三个相电压对应的电平，对于n级H桥级联型多电平变换器，a,b,c∈[±n,±(n-1),±(n-2),...,±2,±1,±0]；
步骤三：根据零序电压N最小的要求，构造约束函数：
N＝a+b+c＝0 (4)
步骤四：联立公式(3)和(4)得：
Figure FDA00033927332500000113
步骤五：判断(αr+βr)-(α0+β0)是否大于等于1，确定距离参考矢量
Figure FDA00033927332500000114
最近的三个基本矢量，用这三个最近的基本矢量合成参考矢量
Figure FDA0003392733250000021
根据伏秒平衡原理计算三个基本矢量的作用时间，将基本矢量代入公式(5)，计算基本矢量对应的开关状态；
步骤六：确定三个基本矢量对应开关状态的切换顺序，采用五段算法实现空间矢量调制。
2.如权利要求1所述的一种基于零序电压最小空间矢量调制控制的级联多电平变换器，其特征在于，所述的步骤四中，计算公式(5)所得a,b,c可能不为整数，需要通过round函数对a,b,c取整，round(*)表示对数值*进行四舍五入取整：
Figure FDA0003392733250000022
如果所得a',b',c'∈[±n,±(n-1),±(n-2),...,±2,±1,0]，k＝0；如果所得
Figure FDA0003392733250000023
当min(a',b',c')＜-n时，k＝min(a',b',c')+n；当max(a',b',c')＞n时，k＝max(a',b',c')-n；
将a',b',c'同时减去k得：
Figure FDA0003392733250000024
S(a”,b”,c”)即为基本矢量
Figure FDA0003392733250000025
对应的零序电压最小的开关状态。
3.如权利要求1所述的一种基于零序电压最小空间矢量调制控制的级联多电平变换器，其特征在于，所述的步骤五中可得到两种情况：
情况一：当(αr+βr)-(α0+β0)≥1时，用基本矢量
Figure FDA0003392733250000026
合成参考矢量
Figure FDA0003392733250000027
根据伏秒平衡原理得：
Figure FDA0003392733250000028
式中，t1,t2,t3分别表示基本矢量
Figure FDA0003392733250000029
的作用时间，Ts表示采样周期；
根据公式(5)、(6)、(7)计算基本矢量
Figure FDA00033927332500000210
对应的开关状态S1(a1”,b1”,c1”)、S2(a2”,b2”,c2”)和S3(a3”,b3”,c3”)，即
Figure FDA00033927332500000211
Figure FDA00033927332500000212
且S1是基本矢量
Figure FDA00033927332500000213
零序电压最小的开关状态、S2是基本矢量
Figure FDA00033927332500000214
零序电压最小的开关状态、S3是基本矢量
Figure FDA00033927332500000215
零序电压最小的开关状态；
情况二：当(αr+βr)-(α0+β0)＜1时，用基本矢量
Figure FDA00033927332500000216
合成参考矢量
Figure FDA00033927332500000217
根据伏秒平衡原理得：
Figure FDA0003392733250000031
式中，t0,t1,t2分别表示基本矢量
Figure FDA0003392733250000032
的作用时间；
根据公式(5)、(6)、(7)计算基本矢量
Figure FDA0003392733250000033
对应的开关状态S0(a0”,b0”,c0”)、S1(a1”,b1”,c1”)和S2(a2”,b2”,c2”)，即：
Figure FDA0003392733250000034
Figure FDA0003392733250000035
且S0是基本矢量
Figure FDA0003392733250000036
零序电压最小的开关状态、S1是基本矢量
Figure FDA0003392733250000037
零序电压最小的开关状态、S2是基本矢量
Figure FDA0003392733250000038
零序电压最小的开关状态。
4.如权利要求1所述的一种基于零序电压最小空间矢量调制控制的级联多电平变换器，其特征在于，所述的步骤六中，首先计算基本矢量对应的冗余开关状态个数g：
g＝2n-max{a,b,c}+min{a,b,c} (10)
根据公式(10)可计算三个基本矢量
Figure FDA0003392733250000039
或
Figure FDA00033927332500000310
对应的冗余开关状态个数分别为g0,g1,g2或g1,g2,g3：
g0＝2n-max{a0”,b0”,c0”}+min{a0”,b0”,c0”}；
g1＝2n-max{a1”,b1”,c1”}+min{a1”,b1”,c1”}；
g2＝2n-max{a2”,b2”,c2”}+min{a2”,b2”,c2”}；
g3＝2n-max{a3”,b3”,c3”}+min{a3”,b3”,c3”}；
根据开关状态切换最优的原则，判断开关状态切换顺序，有以下两种情况；
情况1：当(αr+βr)-(α0+β0)≥1时，计算函数mod((g1+g2+g3),3)得到两种情况：
当mod((g1+g2+g3),3)＝1时，
Figure FDA00033927332500000311
三个基本矢量中的一个基本矢量对应的冗余开关状态个数会比其他两个基本矢量多一个冗余开关状态，将g1,g2,g3中最大的那个对应的开关状态作为第一个切换的开关状态，与这个开关状态差值为±1的开关状态作为第二个切换的开关状态，剩下那个即为第三个切换的开关状态；
当mod((g1+g2+g3),3)＝2时，三个基本矢量中的一个基本矢量对应的冗余开关状态个数会比其他两个基本矢量少一个冗余开关状态，将g1,g2,g3中最小的那个对应的开关状态作为第三个切换的开关状态，与这个开关状态差值为±1的开关状态作为第二个切换的开关状态，剩下那个即为第一个切换的开关状态；
根据计算所得结果，存在六种切换顺序，采用五段算法实现，合成参考矢量的开关状态切换顺序为：
①计算所得切换顺序为S1,S2,S3，合成参考矢量的开关状态切换顺序为S1→S2→S3→S2→S1，对应的作用时间分别为t1/2→t2/2→t3→t2/2→t1/2；
②计算所得切换顺序为S1,S3,S2，合成参考矢量的开关状态切换顺序为S1→S3→S2→S3→S1，对应的作用时间分别为t1/2→t3/2→t2→t3/2→t1/2；
③计算所得切换顺序为S2,S1,S3，合成参考矢量的开关状态切换顺序为S2→S1→S3→S1→S2，对应的作用时间分别为t2/2→t1/2→t3→t1/2→t2/2；
④计算所得切换顺序为S2,S3,S1，合成参考矢量的开关状态切换顺序为S2→S3→S1→S3→S2，对应的作用时间分别为t2/2→t3/2→t1→t3/2→t2/2；
⑤计算所得切换顺序为S3,S1,S2，合成参考矢量的开关状态切换顺序为S3→S1→S2→S1→S3，对应的作用时间分别为t3/2→t1/2→t2→t1/2→t3/2；
⑥计算所得切换顺序为S3,S2,S1，合成参考矢量的开关状态切换顺序为S3→S2→S1→S2→S3，对应的作用时间分别为t3/2→t2/2→t1→t2/2→t3/2；
情况2：当(αr+βr)-(α0+β0)＜1时，计算函数mod((g0+g1+g2),3)得到两种情况：
当mod((g0+g1+g2),3)＝1时，三个基本矢量中的一个基本矢量对应的冗余开关状态个数会比其他两个基本矢量多一个冗余开关状态，将g0,g1,g2中最大的那个对应的开关状态作为第一个切换的开关状态，与这个开关状态差值为±1的开关状态作为第二个切换的开关状态，剩下那个即为第三个切换的开关状态；
当mod((g0+g1+g2),3)＝2时，三个基本矢量中的一个基本矢量对应的冗余开关状态个数会比其他两个基本矢量少一个冗余开关状态，将g0,g1,g2中最小的那个对应的开关状态作为第三个切换的开关状态，与这个开关状态差值为±1的开关状态作为第二个切换的开关状态，剩下那个即为第一个切换的开关状态；
根据计算所得结果，存在六种切换顺序，采用五段算法实现，合成参考矢量的开关状态切换顺序为：
①计算所得切换顺序为S0,S1,S2，合成参考矢量的开关状态切换顺序为S0→S1→S2→S1→S0，对应的作用时间分别为t0/2→t1/2→t2→t1/2→t0/2；
②计算所得切换顺序为S0,S2,S1，合成参考矢量的开关状态切换顺序为S0→S2→S1→S2→S0，对应的作用时间分别为t0/2→t2/2→t1→t2/2→t0/2；
③计算所得切换顺序为S1,S0,S2，合成参考矢量的开关状态切换顺序为S1→S0→S2→S0→S1，对应的作用时间分别为t1/2→t0/2→t2→t0/2→t1/2；
④计算所得切换顺序为S1,S2,S0，合成参考矢量的开关状态切换顺序为S1→S2→S0→S2→S1，对应的作用时间分别为t1/2→t2/2→t0→t2/2→t1/2；
⑤计算所得切换顺序为S2,S0,S1，合成参考矢量的开关状态切换顺序为S2→S0→S1→S0→S2，对应的作用时间分别为t2/2→t0/2→t1→t0/2→t2/2；
计算所得切换顺序为S2,S1,S0，合成参考矢量的开关状态切换顺序为S2→S1→S0→S1→S2，对应的作用时间分别为t2/2→t1/2→t0→t1/2→t2/2。
CN202110098078.1A 2021-01-25 2021-01-25 基于零序电压最小空间矢量调制控制的级联多电平变换器 Active CN112701947B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110098078.1A CN112701947B (zh) 2021-01-25 2021-01-25 基于零序电压最小空间矢量调制控制的级联多电平变换器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110098078.1A CN112701947B (zh) 2021-01-25 2021-01-25 基于零序电压最小空间矢量调制控制的级联多电平变换器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112701947A CN112701947A (zh) 2021-04-23
CN112701947B true CN112701947B (zh) 2022-02-18

Family

ID=75516108

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110098078.1A Active CN112701947B (zh) 2021-01-25 2021-01-25 基于零序电压最小空间矢量调制控制的级联多电平变换器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112701947B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116131644B (zh) * 2022-11-25 2024-03-15 天津大学 一种多电平变换器的调制型双层模型预测控制方法及装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101783607B (zh) * 2010-02-09 2014-04-30 中国石油大学(华东) 基于零序电压冲量周期平衡的电压空间矢量脉宽调制方法
CN104935196B (zh) * 2015-07-06 2017-11-14 中国矿业大学 双三电平逆变器系统零序电压消除的空间矢量调制方法
US9973108B2 (en) * 2016-08-24 2018-05-15 Hongliang Wang Hybrid modulation strategy for multilevel inverters
CN108471248B (zh) * 2018-04-04 2019-10-01 南昌工程学院 基于α’-β’坐标的星形级联逆变器空间矢量调制方法
CN110620521B (zh) * 2019-09-26 2021-06-08 丰郅(上海)新能源科技有限公司 多电平逆变器及其电容电压的平衡方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112701947A (zh) 2021-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. A single-phase step-up seven-level inverter with a simple implementation method for level-shifted modulation schemes
Karaca A novel topology for multilevel inverter with reduced number of switches
Meraj et al. DSP based implementation of SHE-PWM for cross-switched multilevel inverter
CN111953223A (zh) 一种三相四线制三电平变流器中点电压平衡方法
CN112701947B (zh) 基于零序电压最小空间矢量调制控制的级联多电平变换器
Prats et al. A SVM-3D generalized algorithm for multilevel converters
CN100367647C (zh) 用于电力电子变流器的通用脉冲宽度调制集成电路
Kumar Sahu et al. THD analysis of a seven, nine, and eleven level cascaded H-bridge multilevel inverter for different loads
CN112910298B (zh) 一种级联多电平变换器零序电压最小空间矢量调制方法
CN109039124B (zh) 基于移相空间矢量调制的mmc电容电压均衡控制方法
Massoud et al. Mapped hybrid spaced vector modulation for multilevel cascaded-type voltage source inverters
Reddy et al. Novel symmetric and asymmetric topology of multilevel inverter with reduced number of switches
Raj et al. Nine-level inverter with lesser number of power semiconductor switches using dSPACE
CN114640260A (zh) 一种三相电流型变换器的代数调制方法
CN109004814B (zh) 一种用于mmc的子模块电容电压均衡控制系统
Massoud et al. Systematic analytical-based generalised algorithm for multilevel space vector modulation with a fixed execution time
Goel et al. Different multilevel inverter topologies with reduced number of devices
KJ et al. A generalized space vector modulation scheme based on a switch matrix for cascaded H-bridge multilevel inverters
Bayat et al. A new structure with new algorithms for cascaded multilevel inverters by reducing number of IGBTs
Ali et al. Improved performance of cascaded multilevel inverter
Massoud et al. Mapped phase-shifted space vector modulation for multi-level voltage-source inverters
AL JUHESHI Design and simulation a novel three-phase, five-level inverter topology
Ji et al. A simplified virtual space vector modulation strategy for four-level t-type nnpc converter
Angirekula et al. A Karnaugh mapping technique for the modeling of single phase multi string multi level inverter
CN110601578B (zh) 一种最近电平等效的空间矢量调制方法

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