一种二极管箝位三电平逆变器共模电压抑制方法与流程

技术特征：

1.一种二极管箝位三电平逆变器共模电压抑制方法，其特征在于：所述的方法将二极管箝位三电平逆变器的矢量空间分为6个扇区，每个扇区细分为2个小区，根据小矢量作用时中点电流与对应相电流方向，将小矢量分为正小矢量和负小矢量，采用不含正小矢量的PWM(NPSVPWM)矢量合成策略，在输出电压合成的矢量中去除正小矢量，同时维持中点电压平衡；将参与输出电压合成的负小矢量按照矢量合成关系分为过渡小矢量、第一附加小矢量和第二附加小矢量，并根据不同小矢量作用时对中点电压的控制能力推导出最优工况选择标准，实现对中点电压有效控制。

2.根据权利要求1所述的二极管箝位三电平逆变器共模电压抑制方法，其特征在于所述方法的步骤如下：

步骤1，将二极管箝位三电平逆变器的整个360度矢量空间按照角度进行划分，每60度为一个扇区，共分为6个扇区，编号依次为1～6；每个扇区60度空间按照角度再进行细分，前30度空间为第1小区，后30度空间为第2小区；整个矢量空间共分为12个小区；根据逆变器需要输出电压U_oαβ识别扇区与小区编号，具体为：对逆变器需要输出电压U_oαβ在α轴和β轴分量U_α和U_β求取反正切得到矢量空间角度θ，矢量空间角度θ除以60，向上取整即为扇区号；同时余数小于30度为第1小区，余数大于等于30度为第2小区；

步骤2，根据逆变器需要输出电压U_oαβ所在扇区小区编号，选择参与输出电压合成的基础空间矢量，所述的基础空间矢量包含零矢量V₀、过渡小矢量V_st、中矢量V_m和大矢量V_l；

步骤3，根据逆变器需要输出电压U_oαβ所在扇区小区编号，计算零矢量V₀、过渡小矢量V_st、中矢量V_m、大矢量V_l的作用时间，分别记为T₀、T_st、T_m和T_l；

步骤4，为了实现中点电压U_neut平衡控制，根据逆变器需要输出电压U_oαβ所在扇区小区编号，将与过渡小矢量V_st空间位置相差120度的两个负小矢量作为第一附加小矢量V_sa1和第二附加小矢量V_sa2；其中，与基础矢量中的大矢量V_l共同合成中矢量V_m的附加小矢量命名为第一附加小矢量V_sa1，与基础矢量中的中矢量V_m共同合成0.5倍大矢量V_l的附加小矢量命名为第二附加小矢量V_sa2；

步骤5，根据逆变器需要输出电压U_oαβ所在扇区小区编号，参照过渡小矢量V_st、第一附加小矢量V_sa1和第二附加小矢量V_sa2对应的三相电流I_abc和中点电压U_neut偏差，计算3种工况对中点电压的控制能力e，控制能力e包含e₁、e₂和e₃，其中e₁对应工况₁，e₂对应工况2，e₃对应工况3；选择控制能力e最大者为最优运行工况；

步骤6，根据步骤2选择的基础空间矢量，步骤4选择的附加小矢量，步骤5选择的最优运行工况，步骤3计算的各基础矢量作用时间，代入式(3)、式(4)或式(5)计算各矢量最终作用时间，生成开关序列，控制对应电力电子器件通断，实现逆变器需要的电压输出。

3.根据权利要求2所述的二极管箝位三电平逆变器共模电压抑制方法，其特征在于所述步骤3计算零矢量V₀、过渡小矢量V_st、中矢量V_m、大矢量V_l的作用时间按照以下公式进行：

各扇区第1小区时各矢量作用时间如式(1)所示：

$\left\{\begin{array}{c}{T}_{st}=T_{\min }\\ T_m=\sqrt{2}\cos \frac{\left(2n+1\right)\mathrm{\π}}{6}{U}_{\mathrm{\α}}+\sqrt{2}\sin \frac{\left(2n+1\right)\mathrm{\π}}{6}{U}_{\mathrm{\β}}\\ T_l=-\sqrt{\frac{3}{2}}\cos \frac{\left(n+1\right)\mathrm{\π}}{3}{U}_{\mathrm{\α}}-\sqrt{\frac{3}{2}}\sin \frac{\left(n+1\right)\mathrm{\π}}{3}{U}_{\mathrm{\β}}-\frac{T_{\min }}{2}\\ T_0=-\sqrt{\frac{1}{2}}\cos \frac{\left(2n-1\right)\mathrm{\π}}{6}{U}_{\mathrm{\α}}-\sqrt{\frac{1}{2}}\sin \frac{\left(2n-1\right)\mathrm{\π}}{6}{U}_{\mathrm{\β}}-\frac{T_{\min }}{2}+1\end{array}\right.---\left(1\right)$

各扇区第2小区时各矢量作用时间如式(2)所示：

$\left\{\begin{array}{c}{T}_{st}=T_{\min }\\ T_m=\sqrt{2}\cos \frac{\left(2n-3\right)\mathrm{\π}}{6}{U}_{\mathrm{\α}}+\sqrt{2}\sin \frac{\left(2n-3\right)\mathrm{\π}}{6}{U}_{\mathrm{\β}}\\ T_l=\sqrt{\frac{3}{2}}\cos \frac{\left(n+1\right)\mathrm{\π}}{3}{U}_{\mathrm{\α}}+\sqrt{\frac{3}{2}}\sin \frac{\left(n+1\right)\mathrm{\π}}{3}{U}_{\mathrm{\β}}-\frac{T_{\min }}{2}\\ T_0=-\sqrt{\frac{1}{2}}\cos \frac{\left(2n-1\right)\mathrm{\π}}{6}{U}_{\mathrm{\α}}-\sqrt{\frac{1}{2}}\sin \frac{\left(2n-1\right)\mathrm{\π}}{6}{U}_{\mathrm{\β}}-\frac{T_{\min }}{2}+1\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中，T₀为零矢量V₀的作用时间，T_st为过渡小矢量V_st的作用时间，T_m为中矢量V_m的作用时间，T_l为大矢量V_l的作用时间，n为扇区号，T_min为过渡小矢量分配的最小作用时间，V_α和V_β分别为逆变器需要输出电压U_0αβ在α轴和β轴的分量。

4.根据权利要求2所述的二极管箝位三电平逆变器共模电压抑制方法，其特征在于：所述的步骤5计算三种工况对中点电压的控制能力e，控制能力e包含e₁、e₂和e₃，其中e₁对应工况1，e₂对应工况2，e₃对应工况3；选择控制能力e最大者为最优运行工况的方法如下；

依据过渡小矢量V_st、第一附加小矢量V_sa1和第二附加小矢量V_sa2作用对应中点电流符号和中点电压调整方向将对中点电压的控制分为3种工况；

工况1：过渡小矢量作用对应中点电流符号满足中点电压控制要求，调整过渡小矢量作用时间控制中点电压；

工况2：第一附加小矢量作用对应电流符号满足中点电压控制要求，增加第一附加小矢量参与输出电压合成；

工况3：第二附加小矢量作用对应电流符号满足中点电压控制要求，增加第二附加小矢量参与输出电压合成；

结合不同工况作用时对中点电压的调整特性与零矢量时间占用关系，定义不同工况对中点电压的控制能力为e，如式(6)所示：

$\left\{\begin{array}{c}{e}_1=2\left(-i_a\right)*sign\left({\mathrm{\ΔU}}_{neut}\right)\\ e_2=\left(-i_b-i_b\right)*sign\left({\mathrm{\ΔU}}_{neut}\right)\\ e_3=\left(-i_c+i_b\right)*sign\left({\mathrm{\ΔU}}_{neut}\right)\end{array}\right.---\left(6\right)$

式(6)中，e₁、e₂、e₃分别为工况1、工况2、工况3对中点电压的控制能力，其中工况1对中点电压的控制能力e₁取2倍系数是因为工况1对零矢量占用时间是工况2或工况3的工况2对中点电压的控制能力e₂中出现两个电流i_b是因为工况2时增加第一附加小矢量作用和减小中矢量作用都对应B相电流，sign(ΔU_neut)为中点电压符号；式(6)的含义为根据中点电压符号和矢量作用特性得到不同工况作用时对中点电压控制能力e，其中e₁对应工况1，e₂对应工况2，e₃对应工况3；控制能力e最大者对中点电压控制能力最强，为控制中点电压的最佳工况。

5.根据权利要求2所述的二极管箝位三电平逆变器共模电压抑制方法，其特征在于：所述的步骤6计算各矢量最终作用时间的方法如下：

根据步骤2选择的基础空间矢量，步骤4选择的附加小矢量，步骤5选择的最优运行工况，步骤3计算的各基础矢量作用时间，代入式(3)、式(4)或式(5)，计算各矢量最终作用时间；

采用过渡小矢量控制中点电压时，各矢量最终作用时间如式(3)所示：

$\left\{\begin{array}{c}{T_{sa}}^{,}=0\\ {T_0}^{,}=T_0-\frac{1}{2}K\left(T_0-T_{\min }\right)\\ {T_{st}}^{,}=T_{st}+K\left(T_0-T_{\min }\right)\\ {T_m}^{,}=T_m\\ {T_l}^{,}=T_l-\frac{1}{2}K\left(T_0-T_{\min }\right)\end{array}\right.---\left(3\right)$

采用第一附加小矢量控制中点电压时，各矢量最终作用时间如式(4)所示：

$\left\{\begin{array}{c}{T_{sa}}^{,}=K\left(T_0-T_{\min }\right)\\ {T_0}^{,}=T_0-K\left(T_0-T_{\min }\right)\\ {T_{st}}^{,}=T_{st}\\ {T_m}^{,}=T_m-K\left(T_0-T_{\min }\right)\\ {T_l}^{,}=T_l+K\left(T_0-T_{\min }\right)\end{array}\right.---\left(4\right)$

采用第二附加小矢量控制中点电压时，各矢量最终作用时间如式(5)所示：

$\left\{\begin{array}{c}{T_{sa}}^{,}=\frac{2}{3}K\left(T_0-T_{\min }\right)\\ {T_0}^{,}=T_0-K\left(T_0-T_{\min }\right)\\ {T_{st}}^{,}=T_{st}\\ {T_m}^{,}=T_m+\frac{2}{3}K\left(T_0-T_{\min }\right)\\ {T_l}^{,}=T_s-\frac{1}{3}K\left(T_0-T_{\min }\right)\end{array}\right.---\left(5\right)$

式(3)、式(4)、式(5)中，T_sa’、T₀’、T_st’、T_m’、T_l’分别为考虑中点电压平衡控制后附加小矢量V_sa、零矢量V₀、过渡小矢量V_st、中矢量V_m、大矢V_l量最终作用时间,其中工况2时附加小矢量V_sa对应第一附加小矢量V_sa1，工况3时附加小矢量V_sa对应第二附加小矢量V_sa2；T₀、T_st、T_m、T_l分别为采用中点电压控制前由式(1)或式(2)计算得到的零矢量V₀、过渡小矢量V_st、中矢量V_m、大矢量V_l作用时间，T_min为过渡小矢量分配的最小作用时间，K为根据中点电压偏差PI闭环调节输出量。