一種三電平變流器空間脈寬調(diào)制方案的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三電平變流器空間脈寬調(diào)制方案，包括步驟：一、將三相參考電壓以直流側(cè)電壓Vdc為基準(zhǔn)值標(biāo)幺化，得到電壓量Va、Vb、Vc；二、判定|Va|、|Vb|、|Vc|的最大值，根據(jù)判定結(jié)果對(duì)Va、Vb、Vc修正，得到Va′、Vb′、Vc′；三、根據(jù)Va′、Vb′、Vc′中的最大值和最小值，計(jì)算時(shí)間變量ta、tb、tc；四、求取調(diào)整因子k，通過k對(duì)ta、tb、tc進(jìn)行調(diào)整，得到Ta、Tb、Tc；五、根據(jù)Ta、Tb、Tc，對(duì)變流器開關(guān)器件進(jìn)行切換，使三電平變流器輸出電壓與參考電壓等效。調(diào)制方案無需傳統(tǒng)方法中扇區(qū)判斷、作用時(shí)間計(jì)算等過程，條理清晰、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，且該方案具備抑制中點(diǎn)電位偏移的能力，無需硬件設(shè)施，節(jié)約了成本。
【專利說明】—種三電平變流器空間脈寬調(diào)制方案
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種三電平變流器空間脈寬調(diào)制方案和中點(diǎn)電位控制策略，特別是一種基于新型簡(jiǎn)化算法的三電平變流器空間脈寬調(diào)制方案。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的三相變流器控制方法中，電壓空間矢量調(diào)制(SVPWM)技術(shù)相對(duì)于SPWM調(diào)制技術(shù)有著較高的直流電壓利用率，且具有產(chǎn)生的波形質(zhì)量高、諧波含量少、便于數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)時(shí)控制等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。
[0003]二極管箝位(NPC)型三電平變流器能夠輸出比兩電平變流器更好的電壓和電流波形，且耐壓性能比兩電平變流器強(qiáng)，近年來得到了廣泛的應(yīng)用。三電平變流器開關(guān)狀態(tài)多，SVPWM調(diào)制過程復(fù)雜。傳統(tǒng)的三電平SVPWM方法中參考矢量區(qū)域判斷計(jì)算量大且涉及三角函數(shù)運(yùn)算，影響計(jì)算的精確度；計(jì)算基矢量作用時(shí)間時(shí)，計(jì)算過程繁瑣，影響控制的實(shí)時(shí)性。
[0004]NPC型三電平變流器存在的一個(gè)固有問題是其中點(diǎn)電位容易偏移，造成兩電容電壓不平衡，導(dǎo)致器件過壓和損壞，從而破壞變流器的正常運(yùn)行。中點(diǎn)電位的偏移除了與變流器本身特性有關(guān)，還受變流器調(diào)制技術(shù)的影響，盡管大部分調(diào)制算法在輸出波形的質(zhì)量上相差不大，但對(duì)中點(diǎn)電位會(huì)產(chǎn)生不同的影響。因此，有必要選擇合適的調(diào)制技術(shù)與中點(diǎn)電位控制策略相結(jié)合，從而在完成調(diào)制功能的同時(shí)達(dá)到控制中點(diǎn)電位偏移的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種三電平變流器空間脈寬調(diào)制方案，該方案將三電平變流器的一種新型簡(jiǎn)化調(diào)制算法和中點(diǎn)電位控制策略相結(jié)合，解決傳統(tǒng)調(diào)制算法計(jì)算量大、計(jì)算效率低、影響控制實(shí)時(shí)性等問題的同時(shí)，解決三電平變流器中點(diǎn)電位偏移的問題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，該方案通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007]步驟一、設(shè)三電平變流器a、b、c三相參考電壓分別為Van、Vbn、Ven，變流器直流側(cè)電壓為Vd。，以vd。為基準(zhǔn)值對(duì)參考電壓進(jìn)行標(biāo)么化，得到標(biāo)么化后的H相參考電壓va、Vb、V。；
[0008]步驟二、實(shí)時(shí)檢測(cè)三電平變流器三相電流ia、ib、i。，以及直流側(cè)電容兩端電壓Va和\2，由公式Λ Vc=Vc1-Vc2，計(jì)算兩電容電壓的差值A(chǔ)Vc ；
[0009]步驟三、判定I Va 1、I Vb 1、I Vc I的最大值，并根據(jù)判定結(jié)果對(duì)Va、Vb、Vc進(jìn)行修正，得到修正后三相參考電壓Va' 、\’，并確定電流變量1、電壓變量V和中間變量d;
[0010]步驟四、設(shè)Vx'、v/、v分別對(duì)應(yīng)Va'、V、v中最大值Vmax、中間值Vmid、最小值Vmin,根據(jù)V—、Vniin' Vmid計(jì)算兩組時(shí)間變量ν t2、t3和ta、tb、tc ；
[0011]步驟五、根據(jù)步驟二、三、四中求得的變量計(jì)算時(shí)間調(diào)整因子k，并由k對(duì)時(shí)間變量ta、tb、t。進(jìn)行調(diào)整，最終得到變流器中各開關(guān)管的開通時(shí)刻，從而對(duì)變流器開關(guān)器件進(jìn)行切換，使三電平變流器輸出電壓與參考電壓等效；
[0012]所述步驟一中，通過式:X =Van/Fdc
[0013]Ivh=VbJFdc
Vc-VaJVic
[0014]對(duì)三相參考電壓進(jìn)行標(biāo)幺化； [0015]步驟三中，通過式:
tI =~ + ^η?η~ K,
[0016]' t =V -V
2 max raid
S - ^nid — ^rnin
[0017]得到時(shí)間變量Vt2、t3 ；
[0018]通過式:
< Iy _(_ Y
4.一___a_ ι max_min
a_8—Y 4
I V' +
[0019]it, ---^ + _ss——SHL
b 8 2 4
I V' V +V
^ _ c 丨 max rain
I —----1--
/82 4
[0020]得到時(shí)間變量ta、tb、tc ;
[0021]步驟五中，判斷ta、tb、t。中最小值，并設(shè)為Un，通過式:
Y=(td+k*tmJ*2Ts
[0022]? Tb=(tb+k^-tmin)*2Ts
T-(tc+k*tmin)*2Ts
[0023]得到調(diào)整后開關(guān)管的開通時(shí)刻，其中，Ts為開關(guān)周期，k為時(shí)間調(diào)整因子。
[0024]有益效果:由于采取上述方案，將三相參考電壓標(biāo)么化后，可直接求取變流器各開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)刻，利用調(diào)整因子k對(duì)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)刻進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到抑制中點(diǎn)電位偏移的效果。調(diào)制方法步驟清晰，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，解決了傳統(tǒng)SVPWM方法運(yùn)算量大、過程復(fù)雜的問題，且在完成調(diào)制功能的同時(shí)抑制了中點(diǎn)電位的偏移，達(dá)到了本發(fā)明的目的。
[0025]優(yōu)點(diǎn)具體體現(xiàn)在:
[0026]1、該調(diào)制方案無需區(qū)域判定的過程，可直接根據(jù)三相參考電壓得到開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)刻，簡(jiǎn)化了調(diào)制過程、減少了計(jì)算工作量；
[0027]2、將中點(diǎn)電位控制策略與簡(jiǎn)化調(diào)制算法相結(jié)合，使該調(diào)制方案具備了抑制中點(diǎn)電位偏移的能力，無需增加硬件電路，減少了變流系統(tǒng)的成本；
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是二極管箝位三電平變流器電路圖；
[0029]圖2是二極管箝位三電平變流器電壓空間矢量分布圖；
[0030]圖3是三相參考電壓為三相正弦時(shí)三電平變流器輸出相電壓經(jīng)濾波后的波形；
[0031]圖4a和圖4b分別為三電平變流器使用本發(fā)明所述中點(diǎn)電位控制策略前后直流側(cè)兩電容電壓差效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0033]圖1為二極管箝位(NPC)三電平變流器電路圖。其中每個(gè)橋臂由四組串聯(lián)的開關(guān)器件和一對(duì)串聯(lián)的箝位二極管組成，箝位二極管中心抽頭和直流側(cè)中性點(diǎn)連接，實(shí)現(xiàn)中點(diǎn)箝位。該變流器共有27種開關(guān)狀態(tài)，其中，開關(guān)管Sxl和Sx3不能同時(shí)導(dǎo)通、開關(guān)管Sx2和Sx4不能同時(shí)導(dǎo)通(x=a，b, c)，因此，只需計(jì)算Sxl和Sx2的導(dǎo)通時(shí)刻，即可獲得橋臂四個(gè)開關(guān)管的控制信號(hào)。
[0034]圖2為三電平變流器電壓空間矢量分布圖。
[0035]如圖1和圖2所示，一種三電平變流器空間脈寬調(diào)制方案，步驟如下:
[0036]步驟一、圖1中，設(shè)定三電平變流器a、b、c三相參考電壓分別為van、vbn、vcn,開關(guān)周期設(shè)定為Ts，直流側(cè)電壓為Vd。，根據(jù)三相參考電壓，通過公式:
[0038]對(duì)三相參考電壓進(jìn)行標(biāo)幺化，得到標(biāo)幺化后的三相電壓m
[0039]步驟二、實(shí)時(shí)檢測(cè)三電平變流器三相電流ia、ib、i。，以及直流側(cè)電容的電壓Vci和Vc2，由公式ΛVc=Va-Vc2，計(jì)算兩電容電壓的差值A(chǔ)VC。
[0040]步驟三、設(shè) |va,|、|vb|,|vc|,的最大值為Vm,根據(jù)Vm對(duì)Va、Vb Vc進(jìn)行修正，得到修正后三相參考電壓Va'、vb、vc，并確定電流變量1、電壓變量V和中間變量d，如表1所示。
[0041]表1參考電壓的修正以及中間變量的確定
【權(quán)利要求】
1.一種三電平變流器空間脈寬調(diào)制方案，其特征在于該方案將三電平變流器的一種新型簡(jiǎn)化調(diào)制算法和中點(diǎn)電位控制策略相結(jié)合，通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn): 步驟一、設(shè)三電平變流器a、b、c三相參考電壓分別為Van、Vbn、Ven，變流器直流側(cè)電壓為Vdc,以Vd。為基準(zhǔn)值對(duì)參考電壓進(jìn)行標(biāo)么化，得到標(biāo)么化后的三相參考電壓va、Vb、V。； 步驟二、實(shí)時(shí)檢測(cè)三電平變流器三相電流ia、ib、i。，以及直流側(cè)電容兩端電壓Va和VC2，由公式ΛVc=Vc1-Vc2，計(jì)算兩電容電壓的差值A(chǔ)Vc; 步驟三、判定|Va|、VbU Vc的最大值，并根據(jù)判定結(jié)果對(duì)Va、Vb、V。進(jìn)行修正，得到修正后三相參考電壓Va'、V/、\’，并確定電流變量1、電壓變量V和中間變量d; 步驟四、設(shè)vx'、v/、v分別對(duì)應(yīng)va'、\'、v中最大值Vmax、中間值Vmid、最小值Vniin,根據(jù) v_、Vmin, Vmid 計(jì)算兩組時(shí)間變量 tp t2、t3 和 ta、tb、tc ； 步驟五、根據(jù)步驟二、三、四中求得的變量計(jì)算時(shí)間調(diào)整因子k，并由k對(duì)時(shí)間變量ta、tb、t。進(jìn)行調(diào)整，最終得到變流器中各開關(guān)管的開通時(shí)刻，從而對(duì)變流器開關(guān)器件進(jìn)行切換，使三電平變流器輸出電壓與參考電壓等效； 所述步驟一中，通過式:
-Van/Fdc λ =KJ K, 對(duì)三相參考電壓進(jìn)行標(biāo)么化； 步驟三中，通過式:<img/ 得到時(shí)間變量tp t2、t3 ； 通過式:<img/ 得到時(shí)間變量ta、tb、tc ； 步驟五中，判斷ta、tb、t。中最小值，并設(shè)為tmin，通過式:
Y -(ia+^*imin)*2rs
'T^={K+k*tma)*2Ts
Tc=(tc+k*tmJ*2Ts 得到調(diào)整后開關(guān)管的開通時(shí)刻，其中，Ts為開關(guān)周期，k為時(shí)間調(diào)整因子。
【文檔編號(hào)】H02M7/487GK103633873SQ201310706120
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】周娟, 劉馬隆, 楚程媛, 王曉瑩, 汪山林, 孟鑫, 王福均, 陳映, 楊宇, 杜少通 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)