专利名称：基于25个空间矢量的电流型多电平逆变器及控制方法
技术领域：
本发明属于电力电子技术领域，特别是涉及一种基于25个基本空间矢量的多电 平电流型逆变器，适用于高压大功率场合。
背景技术：
现有的用于电流型多电平逆变器调制策略通常为SVPWM空间矢量脉冲调制法和 TPWM梯形波调制法，SVPWM法具有动态响应快，输出电流利用率高等优点。多电平逆变器 应用领域主要是中压大功率的场合，比如高压变频调速，电力网无功补偿，谐波抑制等。多 电平与两电平相比，他的优势是输出的谐波小。而且电平数越多则输出的功率越大，谐波越 小。相应的使用的功率开关器件也就越多。SVPWM是一种逆变的控制方法，和SPWM相比，具 有输出谐波小，实时性好的优点。一般好的控制器多用SVPWM控制。如果将多电平和SVPWM 控制结合起来，则得到大功率的高性能提速系统，但带来的问题是调制比较困难，因为电平 数越多则基本空间矢量数就会越多，而且成指数型增长，其关系为3η，比如η等于3时，即3 电平，则有27种开关组合状态，除去冗余开关状态，有19个基本空间矢量。但通常的方法 只有19个基本空间矢量，因而在中低调制度时由于所选择的空间矢量较少，则输出的谐波 较大。
发明内容
本发明的目的是为了解决电流型逆变器在中低调制度时降低输出的谐波的技术 问题，设计了基于25个空间矢量的电流型多电平逆变器及控制方法，在原有19个空间矢量 的基础上又增加了 6个空间矢量，通过对25空间矢量选取的控制，在低调制度时具有更小 的谐波含量。本发明为实现发明目的采用的技术方案是，基于25个空间矢量的电流型多电平 逆变器及控制方法，以上逆变器电路中包括移相输出电路，逆变器借助移相输出电路移相 形成矢量分布实现电流逆变，上述的逆变器电路中还包括有开关管组、开关选通编码电路、 CPU以及存储有配套软件指令的存储单元，CPU借助存储单元中的指令输出控制信号至开 关选通编码电路的输入端，开关选通编码电路进行编码，并输出编码电平信号至移相输出 电路中的开关管组，移相输出电路借助开关管组的开关状态输出25种电流空间矢量，所述 逆变器借助25种电流空间矢量实现电流逆变调制。本发明的有益效果是在不改变原两单元并联组合电流型逆变器主拓扑结构的基 础上，以及保证三相负载对称条件，将电流型逆变器脉宽调制的空间矢量由原19个扩展为 25个，该方法比一般空间矢量多6个矢量，由于新生成的6个矢量的模是中大矢量的一半， 使得在低调制度时多了一倍的空间矢量，因此具有更小的谐波含量。下面结合附图对本发明进行详细说明。
图1是本发明的逆变器原理框图。图2是本发明的电流型逆变器的移相输出电路的原理图。图2a-图2e是图1中通过对开关管的选通得到的实际拓扑和电流回路。图3是本发明的空间矢量分布图。图1中，1是移相输出电路，1-1是开关管组，2是开关选通编码电路，3是存储单元。图2中Sn_16、S21_26为开关管，L1^L2为续流电感，Vdc;1、Vd。2为电压源，La、Lb、L。为负 载电感，Ra、Rb、R。、为负载电阻。图2a_2e中，I1, i2为独立电流源，A相、B相、C相为三相对称负载。图3 中，I” 12、13、14、15、I6 是大矢量，17、18、19、11(1、In、I12 是中大矢量，113、114、 !15、！16、！17、Il8 是中小矢量， !19、！20、！21、！22、！23、^24 是小矢量，Itl为是零矢量。
具体实施例方式基于25个空间矢量的电流型多电平逆变器及控制方法，以上逆变器电路中包括 移相输出电路1，逆变器借助移相输出电路移相形成矢量分布实现电流逆变，上述的逆变器 电路中还包括有开关管组1-1、开关选通编码电路2、CPU以及存储有配套软件指令的存储 单元3，CPU借助存储单元3中的指令输出控制信号至开关选通编码电路2的输入端，开关 选通编码电路2进行编码，并输出编码电平信号至移相输出电路1中的开关管组1-1，移相 输出电路1借助开关管组1-1的开关状态输出25种电流空间矢量，所述逆变器借助25种 电流空间矢量实现电流逆变调制。上述的25个空间矢量中包括6个大矢量，6个中大矢量，6个中小矢量，6个小 矢量，1个零矢量，其中大矢量与中小矢量的相角一致，分别为0°、60°、120°、180°、 240°、300°，中小矢量的模长是大矢量的一半；中大矢量与小矢量的相角一致，分别为 30°、90°、150°、210°、270°、300°，小矢量的模长是中大矢量的一半。上述的移相输出电路1的电路结构中包括一对并联的直流电流源Vdc;1、Vd。2、续流电 感Ll、L2、一组开关管、负载电阻Ra、Rb、Rc、负载电感La、Lb、Lc和电容Ca、Cb、C。。下面列举一实施例进一步描述。如图2、图2a_2e所示，本发明包括主电路拓扑 结构，该拓扑结构由两个独立的电流源逆变器并联而成，每个电流源逆变器包括电流源、负 载、6个开关器件以及3个切换电容。由该两单元拓扑结构组合后可形成多电平的逆变器。 SVPWM控制是一种优秀的调制方法，在电压型逆变器中已得到广泛应用，在电流型逆变器中 应用较少。电流型逆变器的基本空间矢量和电压型逆变器的基本空间矢量相比，在基本矢 量的形成上不一样，电流型逆变器的空间矢量是在相与相之间进行的，电流从一相进入从 另一相流出为一个基本矢量，图2a_2e为空间矢量形时电流的流向，电流的控制室依靠相 应的开关管的动作，如从A相流入，则S21或Sll导通，如果是从C相流出，则是S12或S22 导通。图2a为大矢量形成原理，两单元电流都从同一相流入从另一相流出，分别是I” 12、
13、14、15、16，该组矢量的模长为4^1^，相角分别为0°、60°、120°、180°、240°、300° ；
图2b为中大矢量，有6种，分别是17、18、19、I10, I11, 112，模长为，相角分别是30°、 90°、150°、210°、270°、330° ；图 2c 为中小矢量，有 6 个，分别是 113、114、115、116、117、118，该组矢量的模长为
，相角和大矢量的相角相同；图2d为小矢量，有6个，分别是119、
12。、121、122、123、124，该组矢量的模长为
相角和中大矢量的相角一样。图2e为零
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矢量，它的模是零，相角任意。有人提出了 19个基本空间矢量的SVPWM控制，本发明提出一 种25基本空间矢量的调制方法。即将原有空间矢量的基础上增加了一组小矢量，共6个，
分别是119、120> 121、I22> 123、124，该组矢量的模长为
，相角和中大矢量的相角一样，如
图3所示。 由于增加了一组空间矢量，从而使得矢量的空间分布更为均勻，大矢量和中大矢 量构成了外六边形，小矢量和中小矢量构成了内六边形。空间矢量的增加使得在低调制度 时，输出的谐波更小。本发明适用于三相对称负载。
权利要求
基于25个空间矢量的电流型多电平逆变器及控制方法，以上逆变器电路中包括移相输出电路(1)，逆变器借助移相输出电路移相形成矢量分布实现电流逆变，其特征在于所述的逆变器电路中还包括有开关管组(1 1)、开关选通编码电路(2)、CPU以及存储有配套软件指令的存储单元(3)，CPU借助存储单元(3)中的指令输出控制信号至开关选通编码电路(2)的输入端，开关选通编码电路(2)进行编码，并输出编码电平信号至移相输出电路(1)中的开关管组(1 1)，移相输出电路(1)借助开关管组(1 1)的开关状态输出25种电流空间矢量，所述逆变器借助25种电流空间矢量实现电流逆变调制。
2.根据权利要求1所述的基于25个空间矢量的电流型多电平逆变器及控制方法，其特 征在于所述的25个空间矢量中包括6个大矢量，6个中大矢量，6个中小矢量，6个小矢量， 1个零矢量，其中大矢量与中小矢量的相角一致，分别为0°、60°、120°、180°、240°、 300°，中小矢量的模长是大矢量的一半；中大矢量与小矢量的相角一致，分别为30°、 90°、150°、210°、270°、300°，小矢量的模长是中大矢量的一半。
3.根据权利要求1所述的基于25个空间矢量的电流型多电平逆变器及控制方法，其 特征在于所述的移相输出电路(1)的电路结构中包括一对并联的直流电流源(vdc;1、vd。2)、 续流电感(Li、L2)、一组开关管、负载电阻(Ra、Rb、R。)、负载电感(La、Lb、L。)和电容(Ca、Cb、 Cc)。
全文摘要
基于25个空间矢量的电流型多电平逆变器及控制方法，解决电流型逆变器在中低调制度时降低输出的谐波的技术问题，采用的技术方案是，以上逆变器电路中包括移相输出电路，逆变器借助移相输出电路移相形成矢量分布实现电流逆变，上述的逆变器电路中还包括有开关管组、开关选通编码电路、CPU以及存储有配套软件指令的存储单元，CPU借助存储单元中的指令输出控制信号至开关选通编码电路的输入端，开关选通编码电路进行编码，并输出编码电平信号至移相输出电路中的开关管组，移相输出电路借助开关管组的开关状态输出25种电流空间矢量，所述逆变器借助25种电流空间矢量实现电流逆变调制。
文档编号H02M7/44GK101908830SQ20101019117
公开日2010年12月8日 申请日期2010年6月2日 优先权日2010年6月2日
发明者刘岫岭, 姜志成, 常国祥, 李雯, 江晓林 申请人:黑龙江科技学院