多電平逆變器三維空間矢量調(diào)制算法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多電平逆變器三維空間矢量調(diào)制算法。該算法避免使用坐標(biāo)變換及三角函數(shù)運(yùn)算，直接把三相參考電壓映射到三維空間坐標(biāo)系中，對三相參考電壓進(jìn)行采樣，利用四舍五入函數(shù)求距離采樣參考電壓矢量最近的開關(guān)狀態(tài)矢量，然后以該開關(guān)狀態(tài)矢量為起點(diǎn)，根據(jù)該開關(guān)狀態(tài)矢量與參考電壓矢量之間的關(guān)系依次改變該開關(guān)狀態(tài)矢量的三個(gè)坐標(biāo)分量，得到四個(gè)開關(guān)狀態(tài)矢量，利用所得四個(gè)開關(guān)狀態(tài)矢量合成參考電壓矢量，并在這四個(gè)開關(guān)狀態(tài)矢量之間實(shí)現(xiàn)切換。該算法簡化了多電平逆變器空間矢量調(diào)制算法，使得空間矢量調(diào)制算法適用于任意多電平逆變器，且輸出電壓零序分量被控制在變化范圍內(nèi)，有助于空間矢量調(diào)制算法在多電平逆變器中的推廣應(yīng)用。
【專利說明】多電平逆變器三維空間矢量調(diào)制算法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及到多電平逆變器調(diào)制領(lǐng)域，特指一種多電平逆變器三維空間矢量調(diào)制 算法。

【背景技術(shù)】
[0002] 由于多電平逆變器能夠滿足大功率、高質(zhì)量輸出波形的要求，同時(shí)又能減少諧波 畸變率和電磁干擾，因此被廣泛應(yīng)用于大功率中高壓場合。多電平逆變器調(diào)制方法主要有： 載波調(diào)制法、空間矢量調(diào)制法、特定諧波消除法以及由這三種主要調(diào)制算法派生出來的其 他調(diào)制算法。其中空間矢量調(diào)制算法因?yàn)槠溟_關(guān)頻率低、直流電壓利用率高、諧波抑制效果 好而備受關(guān)注。
[0003] 傳統(tǒng)空間矢量調(diào)制算法首先對參考電壓進(jìn)行采樣，然后計(jì)算所采樣參考電壓矢量 的最近三個(gè)基本矢量，并利用伏秒平衡原理計(jì)算三個(gè)最近的基本矢量的作用時(shí)間，用三個(gè) 基本矢量合成參考矢量，這種算法通常會涉及到三角函數(shù)運(yùn)算，計(jì)算工作量大。
[0004] 另一方面，傳統(tǒng)空間矢量調(diào)制算法隨著電平數(shù)的增加，一個(gè)基本矢量對應(yīng)的開關(guān) 狀態(tài)矢量存在的冗余數(shù)量將大大增加，尋找基本矢量對應(yīng)的合適的開關(guān)狀態(tài)矢量是一項(xiàng)復(fù) 雜的工作，且不同的開關(guān)狀態(tài)矢量對逆變器輸出性能將帶來很大影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對目前多電平逆變器空間矢量調(diào)制算法存在的上述問題，提出 一種多電平逆變器三維空間矢量調(diào)制算法，此算法把三相參考電壓放到三維坐標(biāo)系內(nèi)進(jìn)行 研究，直接對三維坐標(biāo)系中的參考電壓進(jìn)行采樣，把多電平逆變器的開關(guān)狀態(tài)矢量映射到 三維坐標(biāo)系中，用逼近參考電壓矢量的四個(gè)開關(guān)狀態(tài)矢量合成參考矢量，在一個(gè)采樣周期 內(nèi)，在四個(gè)開關(guān)狀態(tài)矢量組成的小四方體的四個(gè)頂點(diǎn)之間進(jìn)行切換，實(shí)現(xiàn)空間矢量調(diào)制算 法。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0007] 多電平逆變器三維空間矢量調(diào)制算法，包括以下步驟：
[0008] 第一步，定義三維空間坐標(biāo)系A(chǔ)BC坐標(biāo)，把三相參考電壓映射到三維坐標(biāo)系中，得 到三相電壓的三維空間參考電壓矢量軌跡曲線。
[0009] 第二步，把開關(guān)狀態(tài)矢量映射到三維坐標(biāo)系中，開關(guān)狀態(tài)矢量分布在以坐標(biāo)原點(diǎn) 為中心、棱長為（n_l)(n表示多電平逆變器的總電平數(shù)）的立方體內(nèi)的整數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)。
[0010] 第三步，對三維空間參考電壓采樣，得到參考矢量bp (^)。
[0011] 第四步，對參考矢量vr(ar，br，c r)的各個(gè)坐標(biāo)分量取四舍五入得：

【權(quán)利要求】
1. 一種多電平逆變器三維空間矢量調(diào)制算法，其特征在于：基于三維空間坐標(biāo)中的開 關(guān)狀態(tài)矢量合成參考電壓矢量的方法，利用包含參考電壓矢量的單位正方體上的四個(gè)基本 矢量合成參考電壓矢量，沿著單位正方體的邊在四個(gè)基本矢量之間進(jìn)行切換。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種多電平逆變器三維空間矢量調(diào)制算法，其特征在于定義三 維空間坐標(biāo)系A(chǔ)BC坐標(biāo)，把三相參考電壓映射到三維坐標(biāo)系中，得到三相電壓的三維空間 參考電壓矢量軌跡曲線。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種多電平逆變器三維空間矢量調(diào)制算法，其特征在于把開 關(guān)狀態(tài)矢量映射到三維坐標(biāo)系中，開關(guān)狀態(tài)矢量分布在以坐標(biāo)原點(diǎn)為中心、棱長為（η-1)(η 表示多電平逆變器的總電平數(shù)）的立方體內(nèi)的整數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種多電平逆變器三維空間矢量調(diào)制算法，其特征在于對三維 空間參考電壓矢量采樣，得到參考矢量Ivq)。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種多電平逆變器三維空間矢量調(diào)制算法，其特征在于對參考 矢量Vi (\，Ivq)的各個(gè)坐標(biāo)分量取四舍五入得：
式（1)中round(*)表示取整函數(shù)，記開關(guān)狀態(tài)矢量VjaA，ChV1(B7I^C)表示開關(guān)狀 態(tài)矢量V3的坐標(biāo)為（a,b,c),V1距離參考矢量V1?最近。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種多電平逆變器三維空間矢量調(diào)制算法，其特征在于計(jì)算另 外三個(gè)開關(guān)狀態(tài)矢量V2、V3、V4的坐標(biāo)： 如果（ar_a) >0，（br_b) >0，（cr-c) >0,則V2(a+l，b，c)、V3(a+l，b+l，c)、V4(a+l，b+1, c+1)； 如果（ar_a) >0，（br_b) >0，（cr-c) <0,則V2(a+l，b，c)、V3(a+l，b+l，c)、V4(a，b，c-1)； 如果（ar_a) >0，（br_b) <0，（cr-c) >0,則V2(a+l，b，c)、V3(a+l，b-l，c)、V4(a+l，b-1, c+1)； 如果（ar_a) >0，（br_b) <0，（cr-c) <0,則V2(a+l，b，c)、V3(a+l，b-l，c)、V4(a+l，b-1, c-1)； 如果（ar_a) <0，（br_b) >0，（cr-c) >0,則V2(a-l，b，c)、V3(a-l，b+l，c)、V4(a-l，b+1, c+1)； 如果（ar_a) <0，（br_b) >0，（cr-c) <0,則V2(a-l，b，c)、V3(a-l，b+l，c)、V4(a-l，b+1, c-1)； 如果（ar_a) <0，（br_b) <0，（cr-c) >0,則V2(a-l，b，c)、V3(a-l，b-l，c)、V4(a-l，b-1, c+1)； 如果（ar_a) <0，（br_b) <0，（cr-c) <0,則V2(a-l，b，c)、V3(a-l，b-l，c)、V4(a-l，b-1, c-1) JiO,*,*)表示開關(guān)狀態(tài)矢量Vi的坐標(biāo)為（*,*,*),Vp V2、V3、V4為棱長為I的 正方體（稱該正方體為單位正方體）的頂點(diǎn)。
7. 如權(quán)利要求1所述的一種多電平逆變器三維空間矢量調(diào)制算法，其特征在于利用伏 秒平衡原理，計(jì)算開關(guān)狀態(tài)矢量Vi、V2、V3、V4的作用時(shí)間
式⑵中，時(shí)間1'1、1'2、1'3、1' 4分別對應(yīng)開關(guān)狀態(tài)矢量￥1、￥2、％、￥4的作用時(shí)間，1；表示采 樣周期。
8. 如權(quán)利要求1所述的一種多電平逆變器三維空間矢量調(diào)制算法，其特征在于4 個(gè)開關(guān)狀態(tài)矢量％、V2、V3、V4組成小四面體，在VpV2、V3、V4之間進(jìn)行切換，切換路徑為 V1-V2 -V3 -V4 -V3-V2-V1或V4-V3-V2-V1-V2-V3-V4,即沿著VV2、V3、 V4所在正方體的邊進(jìn)行切換，實(shí)現(xiàn)七段調(diào)制算法。
9. 如權(quán)利要求1所述的一種多電平逆變器三維空間矢量調(diào)制算法，其特征在于跟蹤參 考矢量的采樣，重復(fù)權(quán)利要求4?權(quán)利要求8,實(shí)現(xiàn)在不同的小四面體之間進(jìn)行切換，完成 三維空間矢量調(diào)制算法。
【文檔編號】H02M7/483GK104467496SQ201410196924
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年6月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月23日
【發(fā)明者】王翠, 歐陽俊銘 申請人:南昌工程學(xué)院