专利名称：三相三电平vienna型整流器的空间矢量脉宽调制方法
技术领域：
本发明涉及不间断电源(UPS)的三相三电平整流器技术，尤其涉及一种三相三电 平VIENNA型整流器的空间矢量脉宽调制方法。
背景技术：
随着不间断电源的功率等级越来越高，传统的不间断电源的两电平变换器，由于 其存在耐压值低、du/dt (电压对时间的变化率)大、EMI (电磁干扰)大、逆变效率低等缺点， 两电平变流器并不适用于高压大功率的不间断电源。而多电平变换器，因其功率容量大、开 关频率低、输出谐波含量小等一系列优点，为高压大功率变换器的设计研发开辟了一条新 思路。例如三相三电平VIENNA型整流器电路作为中大功率(输出功率在200kVA以上)不 间断电源的整流器主电路拓扑，具有高输入功率因数、开关管数目少、低开关电压应力等优 点，具有较高的性价比和较大的市场竞争力。目前，三相三电平VIENNA型整流器电路的拓扑结构如图1所示，ea, eb, ec是三相 交流电压输入，P、η是直流输出端，O点是直流侧电容Cl和C2的中点，六个绝缘门极双极 型晶体管(IGBT) Sal, Sbl, Scl, Sa2, Sb2, Sc2为开关管，这些开关管用于功率因数校正，三个电 感L用于储能和滤波，R1为负载。三相三电平整流器通过矢量控制方法来控制对开关管的 开通和关断时间，从而将输入的三相交流电压转化为P、η端输出的直流电压，为负载R1供 电。如中国专利号为200910145279. 1公开的一种三电平电路的一种空间矢量脉宽调制控 制器及其控制方法，就是通过三电平空间矢量脉宽调制方法(SVPWM)计算出电压矢量Ua和 U0的合成矢量的作用时间，进而通过处理器输出开关管的工作时间控制三相电压的转换。 但是，这种三相三电平整流器电路的三电平空间矢量脉宽调制方法，计算仍然较为复杂、处 理器的运算量较大。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供一种可减小处理器的运算量、计算 较为简单的三相三电平VIENNA型整流器的空间矢量脉宽调制方法。本发明的目的通过以下技术措施实现
本发明提供的一种三相三电平VIENNA型整流器的空间矢量脉宽调制方法，包括以下 步骤
(1)通过电压电流双环控制方法获得在αβ坐标系下的电压矢量Ua和110，确定电压 矢量Ua和110在三相三电平整流器空间矢量图中的区间，进而确定电压矢量Ua和110的合 成矢量；
(2)采用坐标平移的方法将三相三电平整流器空间矢量图的坐标原点平移至电压矢量 Ua和1!0所在的区间，将三电平空间矢量坐标系下的运算，转化为两电平空间矢量坐标系下 的运算，进而在两电平空间矢量坐标系下计算出电压矢量^和110的合成矢量的作用时间。所述步骤(1)的电压电流双环控制方法包括以下步骤A、采样三相输入电压ea、eb、ec和三相输入电流ia、ib、i。，将三相输入电压ea、eb、ec经 过PARK变换后，得到实际的电压有功分量 和电压无功分量 ；将三相输入电流ia、ib、ic 经过PARK变换后，得到实际的电流有功分量id和电流无功分量i,；
B、采样直流侧电容Cl的电压udc;1和C2的电压ud。2，将电容Cl的电压Udca与C2的电压 Udc2之和的电压ud。与直流侧电压参考值u*d。进行比较，并进行比例积分运算，得到有功电 流的给定值i*d ；再将有功电流的给定值i*d与实际的电流有功分量id进行比较，并进行比 例积分运算，然后将比例积分运算结果与电压有功分量^相加，并进行解耦运算，得到整流 器需要输出的d轴电压矢量Ud ；
C、将无功电流的给定值设为=0，再将无功电流的给定值^,与实际的电流无 功分量、进行比较，并进行比例积分运算，然后将比例积分运算结果与电压无功分量e,相 加，并进行解耦运算，得到整流器需要输出的d轴电压矢量U,；
D、将整流器需要输出的q轴电压矢量U,和d轴电压矢量Ud进行PARK反变换，得到在 α β坐标系下的电压矢量Ua和ue。进一步包括直流侧两电容电压平衡的控制方法在所述步骤(1)中确定电压矢量 Ua和1!0在三相三电平整流器空间矢量图中的区间后，确定该区间的冗余小矢量；然后，根 据采样到的直流侧电容Cl的电压Udca和C2的电压ud。2，动态调整该区间冗余小矢量的作用 时间，进而控制直流侧电容Cl的电压Udel与C2的电压ud。2，使电容Cl的电压Udel与C2的 电压ud。2保持一致。本发明有益效果在于
本发明提供的一种三相三电平VIENNA型整流器的空间矢量脉宽调制方法，通过采用 坐标平移的方法将三电平空间矢量坐标系下的运算，转化为两电平空间矢量坐标系下的运 算，使得电压矢量Ua和110的合成矢量的作用时间的计算大为简化，从而减小三相三电平整 流器的处理器的运算量。而且，本发明进一步包括直流侧两电容电压平衡的控制方法，其可 以根据采样到的直流侧电容Cl的电压Udca和C2的电压ud。2的大小，动态调整电压矢量ua 和U0的冗余小矢量的作用时间，进而控制直流侧电容Cl的电压udc;1与C2的电压ud。2 —致， 实现对直流侧电容Cl的电压Udel与C2的电压ud。2的平衡控制。
图1是三相三电平整流器电路的拓扑结构图。图2是本发明一种三相三电平VIENNA型整流器的空间矢量脉宽调制方法的控制 原理图。图3是三相三电平整流器空间矢量图。图4是本发明一种三相三电平VIENNA型整流器的空间矢量脉宽调制方法的采用 坐标平移法后的两电平空间矢量图。图5是本发明一种三相三电平整流器直流侧两电容电压平衡的控制方法的中点 电流i。=_ia的电流走向示意图。图6是本发明一种三相三电平整流器直流侧两电容电压平衡的控制方法的中点 电流i。=ia的电流走向示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步的说明。如图1所示，图1为三相三电平六开关整流器电路的拓扑结构图，其电路连接结构 与一般的三相三电平整流器电路结构连接原理相同，P、n是直流输出端，ο点是直流侧两个 电容Cl和C2的中点，六个绝缘门极双极型晶体管(IGBT) Sal,Sbl,Scl,Sa2,Sb2,Sc2为开关管， 这些开关管用于功率因数校正，三个电感L用于储能和滤波，Ii1为负载。根据基尔霍夫电压 电流定律和PARK变换(交/直变换)，可以得到该三相三电平六开关整流器的状态方程为
权利要求
1.一种三相三电平VIENNA型整流器的空间矢量脉宽调制方法，其特征在于，包括以下 步骤(1)通过电压电流双环控制方法获得在αβ坐标系下的电压矢量Ua和110，确定电压 矢量Ua和110在三相三电平整流器空间矢量图中的区间，进而确定电压矢量Ua和110的合 成矢量；(2)采用坐标平移的方法将三相三电平整流器空间矢量图的坐标原点平移至电压矢量 Ua和1!0所在的区间，将三电平空间矢量坐标系下的运算，转化为两电平空间矢量坐标系下 的运算，进而在两电平空间矢量坐标系下计算出电压矢量^和110的合成矢量的作用时间。
2.根据权利要求1所述的三相三电平VIENNA型整流器的空间矢量脉宽调制方法，其特 征在于，所述步骤(1)的电压电流双环控制方法包括以下步骤A、采样三相输入电压ea、eb、ec和三相输入电流ia、ib、i。，将三相输入电压ea、eb、ec经 过PARK变换后，得到实际的电压有功分量 和电压无功分量 ；将三相输入电流ia、ib、ic 经过PARK变换后，得到实际的电流有功分量id和电流无功分量i,；B、采样直流侧电容Cl的电压udc;1和C2的电压ud。2，将电容Cl的电压Udca与C2的电压 Udc2之和的电压ud。与直流侧电压参考值u*d。进行比较，并进行比例积分运算，得到有功电 流的给定值i*d ；再将有功电流的给定值i*d与实际的电流有功分量id进行比较，并进行比 例积分运算，然后将比例积分运算结果与电压有功分量^相加，并进行解耦运算，得到整流 器需要输出的d轴电压矢量Ud ；C、将无功电流的给定值设为=0，再将无功电流的给定值^,与实际的电流无 功分量、进行比较，并进行比例积分运算，然后将比例积分运算结果与电压无功分量e,相 加，并进行解耦运算，得到整流器需要输出的d轴电压矢量U,；D、将整流器需要输出的q轴电压矢量U,和d轴电压矢量Ud进行PARK反变换，得到在 α β坐标系下的电压矢量Ua和ue。
3.根据权利要求2所述的三相三电平VIENNA型整流器的空间矢量脉宽调制方法，其特 征在于，进一步包括直流侧两电容电压平衡的控制方法在所述步骤(1)中确定电压矢量 Ua和1!0在三相三电平整流器空间矢量图中的区间后，确定该区间的冗余小矢量；然后，根 据采样到的直流侧电容Cl的电压Udca和C2的电压ud。2，动态调整该区间冗余小矢量的作用 时间，进而控制直流侧电容Cl的电压Udel与C2的电压ud。2，使电容Cl的电压Udel与C2的 电压ud。2保持一致。
全文摘要
本发明涉及不间断电源技术，尤其涉及一种三相三电平VIENNA型整流器的空间矢量脉宽调制方法，其通过采用坐标平移的方法将三电平空间矢量坐标系下的运算，转化为两电平空间矢量坐标系下的运算，使得电压矢量uα和uβ的合成矢量的作用时间的计算大为简化，从而减小三相三电平整流器的处理器的运算量，本发明提供的一种三相三电平VIENNA型整流器的空间矢量脉宽调制方法，物理意义清晰，能实现对有功和无功电流的解耦控制，使得系统具有较好的静动态性能，能保证输入侧具有单位功率因数和实现直流侧电压的恒定。
文档编号H02M7/217GK102097959SQ20101060939
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月28日 优先权日2010年12月28日
发明者何思模, 张博, 张志 , 徐海波, 殷正炎 申请人:易事特电力系统技术有限公司