零矢量起始SVPWM中点电压平衡方法及相关组件与流程

零矢量起始svpwm中点电压平衡方法及相关组件
技术领域
1.本发明涉及变流器技术领域，特别涉及一种零矢量起始svpwm中点电压平衡方法及相关组件。


背景技术：

2.三电平中点钳位(neutral point clamped,npc)逆变器是最常用的三电平逆变器，其主电路拓扑如图1。由于器件电压应力低、结构和控制简单、易实现能量双向流动等优点，三电平逆变器在光伏和风力发电、变频调速、冶金采矿等领域得到了广泛应用。
3.空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation，svpwm)是三电平变流器常用的脉宽调制策略。定义三电平npc逆变器由高到低输出的三种电平状态分别为p、o、n，则可将三电平npc逆变器的空间矢量总结于图2。其中，各空间矢量依据幅值可分类为零矢量、p型小矢量、n型小矢量、中矢量和大矢量，而同一位置的p型小矢量和n型小矢量互为冗余小矢量。各空间矢量的具体分类如表1。
4.表1三电平变流器各电压空间矢量类型
[0005][0006]
svpwm依据各采样周期内首发的矢量为小矢量或零矢量，可划分为小矢量起始svpwm和零矢量起始svpwm。文献《大功率三电平逆变器脉宽调制及磁场定向控制的研究》(殷正刚，[d].北京:中国科学院大学,2012:87-89)指出，在调制比低于0.3的低调制比区域，相比小矢量起始svpwm，零矢量起始svpwm不会产生窄脉冲、可以产生任意小的线电压值并具备更优的谐波性能。故为取得最佳控制效果，三电平npc逆变器在低调制比区域应选用零矢量起始svpwm作为脉宽调制策略。
[0007]
零矢量起始svpwm在实现过程中需计算各空间矢量的作用时间并需判断参考电压所在的扇形区域，其步骤繁琐、计算复杂并存在计算误差，不利于工程应用。为更方便的实现零矢量起始svpwm，专利《基于载波实现的零矢量起始svpwm控制方法》(葛琼璇.[p].发明专利，2020，cn201811265431.5)通过推导零矢量起始svpwm的零序电压和三角载波，提出了基于载波实现的零矢量起始svpwm。在保留零矢量起始svpwm的优点同时，该方法简化了系统计算量，无需扇区判断和旋转坐标变换，提高了系统的计算效率和计算精确性。
[0008]
当三电平npc逆变器的中点电压不平衡时，会在输出电压中产生低次谐波，并会导致开关器件承受过高的电压，危及三电平npc逆变器的运行安全，因此必须要采取措施控制
中点电压平衡。文献《三电平anpc变流器中点电位控制策略研究》(张波.[j].电工电能新技术,2016,35(8):1-7.)指出，位置相同的两个冗余小矢量对中点电压的影响效果相反，故可通过重新分配两个冗余小矢量作用时间的方式控制中点电压平衡。但零矢量起始svpwm在一个采样周期内并不存在冗余小矢量，其无法利用现有重新分配冗余小矢量作用时间的方法来控制中点电压平衡。
[0009]
针对传统中点电压平衡方法不适用于零矢量起始svpwm的问题，专利《一种零矢量起始svpwm中点电位平衡控制方法》通过调整两个非冗余小矢量中作用时间更长的小矢量的占空比，提出了适用于零矢量起始svpwm的中点电压平衡方法。在零矢量起始svpwm作用下，该方法可以有效的控制中点电压恢复平衡，从而提高了三电平npc逆变器的可靠性。但该方法会导致电流谐波增加，且该方法在平衡控制过程中需要使用pi控制器并需判断电流方向和相角区域，其步骤复杂并会降低三电平npc逆变器的输出谐波性能。此外，由于零矢量起始svpwm和基于载波实现的零矢量起始svpwm的实现过程并不相同，该方法只针对零矢量起始svpwm设计，并不适用于基于载波实现的零矢量起始svpwm。
[0010]
因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是目前本领域技术人员需要解决的问题。


技术实现要素：

[0011]
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种零矢量起始svpwm中点电压平衡方法、装置、设备及存储介质，以提高三电平npc逆变器在基于载波实现的零矢量起始svpwm作用下的可靠性以及在中点电压平衡控制过程中的输出谐波性能，其具体方案如下：
[0012]
一种零矢量起始svpwm中点电压平衡方法，包括：获取预设的不平衡裕量因子k以及所述三电平逆变器的直流侧电压u
dc
；根据所述三电平逆变器直流侧电压u
dc
和所述三电平逆变器直流侧中点电压计算得到三电平逆变器的中点电压不平衡值u
dc_dev
；当u
dc_dev
大于k
×udc
时，在三角载波峰值处修正零矢量起始svpwm的零序电压；当u
dc_dev
小于-k
×udc
时，在三角载波零点处修正零矢量起始svpwm的零序电压；将u
zero
注入所述三电平逆变器的三相原始调制波。
[0013]
优选的，所述根据所述三电平逆变器直流侧电压u
dc
和所述三电平逆变器直流侧中点电压计算得到三电平逆变器的中点电压不平衡值u
dc_dev
，包括：采用以下公式计算u
dc_dev
：
[0014]udc_dev
＝u
dc-2u
neu
[0015]
式中，u
dc
为所述三电平逆变器的直流侧电压，u
neu
为所述三电平逆变器的直流侧中点电压。
[0016]
优选的，所述在三角载波峰值处修正零矢量起始svpwm的零序电压，包括：若当前采样周期内三角载波方向为下降方向，且上一采样周期内三角载波方向为上升方向，将u
zero
修正为(u
min
+u
max-1)/2；若当前采样周期内三角载波方向为上升方向，且上一采样周期内三角载波方向为下降方向，保持u
zero
不变；若当前采样周期内三角载波方向和上一采样周期内三角载波方向相同，保持u
zero
不变；其中，u
min
为所述三相原始调制波的最小值，u
max
为所述三相原始调制波的最大值。
[0017]
优选的，所述在三角载波零点处修正零矢量起始svpwm的零序电压，包括：若当前采样周期内三角载波方向为上升方向，且上一采样周期内三角载波方向为下降方向，将uzero
修正为-(u
min
+u
max
+1)/2；若当前采样周期内三角载波方向为下降方向，且上一采样周期内三角载波方向为上升方向，保持u
zero
不变；若当前采样周期内三角载波方向和上一采样周期内三角载波方向相同，保持u
zero
不变；其中，u
min
为所述三相原始调制波的最小值，u
max
为所述三相原始调制波的最大值。
[0018]
优选的，所述根据所述三电平逆变器直流侧电压u
dc
和所述三电平逆变器直流侧中点电压计算得到三电平逆变器的中点电压不平衡值u
dc_dev
之后，所述方法还包括：基于以下步骤对当前采样周期内三角载波方向标志位tcflag和所述上一采样周期内三角载波方向标志位tcflag_pre进行赋值：在当前采样周期对tcflag赋值前，令tcflag_pre＝tcflag；若当前采样周期内三角载波为上升方向，对tcflag赋值为1；若当前采样周期内三角载波为下降方向，对tcflag赋值为-1。
[0019]
优选的，将u
zero
注入所述三电平逆变器的三相原始调制波之前，所述方法还包括：当u
dc_dev
在-k
×udc
与k
×udc
之间时，根据零矢量起始svpwm输出三相电平状态设置u
zero
：当所述三相电平状态为o-p-o时，设置u
zero
＝(u
min
+u
max-1)/2；当所述三相电平状态为o-n-o时，设置u
zero
＝-(u
min
+u
max
+1)/2。
[0020]
优选的，所述将u
zero
注入所述三电平逆变器的三相原始调制波，包括：基于以下方式将u
zero
注入所述三电平逆变器的三相原始调制波：
[0021][0022]
其中，u
1a
为a相原始调制波，u
2a
为注入u
zero
后的a相调制波，u
1b
为b相原始调制波，u
2b
为注入u
zero
后的b相调制波，u
1c
为c相原始调制波，u
2c
为注入u
zero
后的c相调制波。
[0023]
相应的，本技术还公开了一种零矢量起始svpwm中点电压平衡装置，包括：获取模块，用于获取预设的不平衡裕量因子k以及所述三电平逆变器的直流侧电压u
dc
；计算模块，用于根据所述三电平逆变器直流侧电压u
dc
和所述三电平逆变器直流侧中点电压计算得到三电平逆变器的中点电压不平衡值u
dc_dev
；第一修正模块，用于当u
dc_dev
大于k
×udc
时，在三角载波峰值处修正零矢量起始svpwm的零序电压；第二修正模块，用于当u
dc_dev
小于-k
×udc
时，在三角载波零点处修正零矢量起始svpwm的零序电压；注入模块，用于将u
zero
注入所述三电平逆变器的三相原始调制波。
[0024]
相应的，本技术还公开了一种零矢量起始svpwm中点电压平衡设备，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上文任一项所述零矢量起始svpwm中点电压平衡方法的步骤。
[0025]
相应的，本技术还公开了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上文任一项所述零矢量起始svpwm中点电压平衡方法的步骤。
[0026]
本技术公开了一种零矢量起始svpwm中点电压平衡方法，其特征在于，包括：获取预设的不平衡裕量因子k以及所述三电平逆变器的直流侧电压u
dc
；根据三电平逆变器直流侧电压u
dc
和三电平逆变器直流侧中点电压计算得到三电平逆变器的中点电压不平衡值u
dc_dev
；当u
dc_dev
大于k
×udc
时，在三角载波峰值处修正零矢量起始svpwm的零序电压；当u
dc_dev
小于-k
×udc
时，在三角载波零点处修正零矢量起始svpwm的零序电压；将u
zero
注入所
述三电平逆变器的三相原始调制波。本技术在中点电压不平衡值为正或为负时，通过修正零序电压来实现中点电压平衡控制，提高了三电平npc逆变器在基于载波实现的零矢量起始svpwm作用下的可靠性；并且，在中点电压平衡控制过程中，本技术可以显著降低三相电流thd，从而提高了三电平npc逆变器的输出谐波性能。
附图说明
[0027]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0028]
图1为现有技术中三电平逆变器的主电路拓扑图；
[0029]
图2为现有技术中三电平逆变器的空间矢量图；
[0030]
图3为本发明第一实施例基于载波实现的零矢量起始svpwm中点电压平衡方法的流程示意图；
[0031]
图4为本发明第二实施例基于载波实现的零矢量起始svpwm中点电压平衡方法的流程示意图；
[0032]
图5为现有技术中基于载波实现的零矢量起始svpwm不添加中点电压平衡方法的仿真实验结果示意图；
[0033]
图6a、图6b为零矢量起始svpwm采用专利《一种零矢量起始svpwm中点电位平衡控制方法》方法的仿真实验结果示意图；
[0034]
图7a、图7b、图8为本发明第二实施例的仿真实验结果示意图；
[0035]
图9为本发明第三实施例基于载波实现的零矢量起始svpwm中点电压平衡方法的流程示意图；
[0036]
图10为现有技术中采用基于载波实现的零矢量起始svpwm调制策略时，中点电压在变化调制比下出现偏差的仿真实验结果示意图；
[0037]
图11为本发明第三实施例的第一种仿真实验结果示意图；
[0038]
图12为现有技术中采用基于载波实现的零矢量起始svpwm调制策略时，中点电压在变化基波频率下出现偏差的仿真实验结果示意图；
[0039]
图13为本发明第三实施例的第二种仿真实验结果示意图；
[0040]
图14为本发明实施例中一种基于载波实现的零矢量起始svpwm中点电压平衡装置的结构分布图。
具体实施方式
[0041]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0042]
本发明第一实施例公开了一种基于载波实现的零矢量起始svpwm中点电压平衡方法，参见图3所示，包括：
[0043]
s11：获取预设的不平衡裕量因子k以及所述三电平逆变器的直流侧电压u
dc
；
[0044]
该步骤中，不平衡裕量因子k为提前设置好的参数，具体可根据实际工况进行选择。
[0045]
s12：根据所述三电平逆变器直流侧电压u
dc
和所述三电平逆变器直流侧中点电压计算得到三电平逆变器的中点电压不平衡值u
dc_dev
；
[0046]
s13：判断u
dc_dev
是否大于k
×udc
，如果是，转至步骤s14，如果否，转至步骤s15；
[0047]
s14：在三角载波峰值处修正零矢量起始svpwm的零序电压u
zero
，并转至步骤s17
[0048]
s15：判断u
dc_dev
是否小于-k
×udc
，如果是，转至步骤s16，如果否，转至步骤s17；
[0049]
s16：在三角载波零点处修正零矢量起始svpwm的零序电压u
zero
，并转至步骤s17；
[0050]
s17：将u
zero
注入所述三电平逆变器的三相原始调制波。
[0051]
可以理解的是，如果中点电压不平衡值不大于k
×udc
或不小于-k
×udc
，则此时中点电压平衡，不需要执行步骤s5，执行原有控制策略，以三相原始调制波以控制三电平变流器即可。偏差阈值为提前设置好的参数，具体可根据实际工况进行选择。
[0052]
优选的，在本实施例步骤s12中，可以通过以下公式计算u
dc_dev
：
[0053]udc_dev
＝u
dc-2u
neu
[0054]
式中，u
dc
为所述三电平逆变器的直流侧电压，u
neu
为所述三电平逆变器的直流侧中点电压。
[0055]
优选的，在本实施例步骤s17中，可以基于以下方式将u
zero
注入所述三电平逆变器的三相原始调制波：
[0056][0057]
其中，u
1a
为a相原始调制波，u
2a
为注入u
zero
后的a相调制波，u
1b
为b相原始调制波，u
2b
为注入u
zero
后的b相调制波，u
1c
为c相原始调制波，u
2c
为注入u
zero
后的c相调制波。
[0058]
本实施例在中点电压不平衡值为正或为负时，通过修正零序电压来实现中点电压平衡控制，提高了三电平npc逆变器在基于载波实现的零矢量起始svpwm作用下的可靠性；并且，在中点电压平衡控制过程中，本技术可以显著降低三相电流thd，从而提高了三电平npc逆变器的输出谐波性能。
[0059]
本发明第二实施例公开了一种基于载波实现的零矢量起始svpwm中点电压平衡方法。第二实施例是第一实施例的进一步改进，改进之处在于，具体提供了第一实施例的修正零序电压的具体方法，如图4所示，包括以下步骤：
[0060]
s21：获取预设的不平衡裕量因子k以及所述三电平逆变器的直流侧电压u
dc
；
[0061]
s22：根据所述三电平逆变器直流侧电压u
dc
和所述三电平逆变器直流侧中点电压计算得到三电平逆变器的中点电压不平衡值u
dc_dev
；
[0062]
s23：判断u
dc_dev
是否大于k
×udc
，如果是，转至步骤s24，如果否，转至步骤s27；
[0063]
s24：判断是否满足“tcflag＝-1且tcflag_pre＝1”这一条件，如果是，进入步骤s25，如果否，进入步骤s26；
[0064]
s25：在三角载波峰值处修正将u
zero
修正为(u
min
+u
max-1)/2，转至步骤s210；
[0065]
s26：不对u
zero
进行修正，进入步骤s211；
[0066]
s27：判断u
dc_dev
是否小于-k
×udc
，如果是，转至步骤s28，如果否，转至步骤s210；
[0067]
s28：判断是否满足“tcflag＝1且tcflag_pre＝-1”这一条件，如果是，转至步骤s29，如果否，转至步骤s210；
[0068]
s29：在三角载波零点处将u
zero
修正为-(u
min
+u
max
+1)/2，进入步骤s211；
[0069]
s210：不对u
zero
进行修正，进入步骤s211；
[0070]
s211：将u
zero
注入所述三电平逆变器的三相原始调制波。
[0071]
需要说明的是，步骤s24中，u
min
为所述三相原始调制波的最小值，u
max
为所述三相原始调制波的最大值，tcflag为当前采样周期内三角载波方向标志位，tcflag_pre为上一采样周期内三角载波方向标志位。本实施例中采用以下方法对tcflag和tcflag_pre赋值：在当前采样周期对tcflag赋值前，令tcflag_pre＝tcflag；若当前采样周期内三角载波为上升方向，对tcflag赋值为1；若当前采样周期内三角载波为下降方向，对tcflag赋值为-1。在步骤s24中，满足“tcflag＝-1且tcflag_pre＝1”这一条件即代表着当前采样周期内三角载波为下降方向且上一采样周期内三角载波为上升方向，可以理解的是，是否在三角载波峰值处修正零矢量起始svpwm的零序电压的关键条件是当前采样周期内三角载波的方向以及上一采样周期内三角载波的方向，具体为：若当前采样周期内三角载波方向为下降方向，且上一采样周期内三角载波方向为上升方向，将u
zero
修正为(u
min
+u
max-1)/2；若当前采样周期内三角载波方向为上升方向，且上一采样周期内三角载波方向为下降方向，保持u
zero
不变；若当前采样周期内三角载波方向和上一采样周期内三角载波方向相同，保持u
zero
不变。
[0072]
同理，步骤s28与步骤s24的原理一致，也是通过对tcflag和tcflag_pre赋值确定当前采样周期内三角载波方向和上一采样周期内三角载波方向。在步骤s28中，满足“tcflag＝1且tcflag_pre＝-1”这一条件即代表着当前采样周期内三角载波为上升方向且上一采样周期内三角载波为下降方向，可以理解的是，是否在三角载波零点处修正零矢量起始svpwm的零序电压的关键条件是当前采样周期内三角载波的方向以及上一采样周期内三角载波的方向，具体为：若当前采样周期内三角载波方向为上升方向，且上一采样周期内三角载波方向为下降方向，将u
zero
修正为-(u
min
+u
max
+1)/2；若当前采样周期内三角载波方向为下降方向，且上一采样周期内三角载波方向为上升方向，保持u
zero
不变；若当前采样周期内三角载波方向和上一采样周期内三角载波方向相同，保持u
zero
不变
[0073]
在本实施例中采用赋值法确定当前采样周期内三角载波方向和上一采样周期内三角载波方向，本领域技术人员可以基于不同的方法确定当前采样周期内三角载波方向和上一采样周期内三角载波方向，这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0074]
在一个具体实施例中，借助psim软件搭建三电平npc逆变器模型，利用仿真验证本发明基于载波实现的零矢量起始svpwm中点电压平衡方法的有效性。实施例仿真条件为：仿真步长设置2us，直流侧电压设置5000v，直流侧电容为16.2mf，载波频率设置600hz，基波频率设置15hz，调制比为0.2，输出负载为1.6ω电阻串联12.73mh电感。
[0075]
图5为实施例直流侧上桥臂电容初始电压3500v，下桥臂电容初始电压1500v，基于载波实现的零矢量起始svpwm不添加中点电压平衡方法时的中点电压不平衡值、相电压、调制波和输出电流。分析图4可知，当基于载波实现的零矢量起始svpwm不添加中点电压平衡方法时，三电平npc逆变器的中点电压不平衡值会一直存在。不平衡的中点电压会在输出电压中产生低次谐波，并会导致开关器件承受过高的电压，危及三电平npc逆变器的运行安
全。
[0076]
图6a、图6b为实施例直流侧上桥臂电容初始电压3500v，下桥臂电容初始电压1500v，使用零矢量起始svpwm中点电压平衡控制方法时的仿真结果；其中，图6a为中点电压不平衡值、相电压和输出电流，图6b为三相输出电流在中点电压平衡过程中的thd。由图6a可知，在三电平npc逆变器调制策略为零矢量起始svpwm且中点电压不平衡时，通过使用专利《一种零矢量起始svpwm中点电位平衡控制方法》所提方法，可以有效的控制中点电压恢复平衡。但图6b表明，该方法会导致三相电流的thd增加，降低了三电平npc逆变器的输出谐波性能，且该方法在平衡控制过程中需要使用pi控制器并需判断电流方向和相角区域，实现步骤复杂。此外，该方法只适用于零矢量起始svpwm，无法直接应用于基于载波实现的零矢量起始svpwm。基于图5、图6a和图6b仿真结果，为提高三电平npc逆变器在使用基于载波实现的零矢量起始svpwm时的可靠性并提升三电平npc逆变器在中点电压平衡过程中的输出谐波性能，需设计适用于基于载波实现的零矢量起始svpwm的中点电压平衡方法。
[0077]
图7a、图7b为实施例直流侧上桥臂电容初始电压3500v，下桥臂电容初始电压1500v，设置不平衡裕量因子k为0.05，基于载波实现的零矢量起始svpwm添加本发明中点电压平衡方法时的仿真结果；其中，图7a为中点电压不平衡值、相电压、调制波和输出电流，图7b为三相输出电流在中点电压平衡过程中的thd。分析图7a可知，当中点电压偏差值为2000v且不平衡裕量因子k为0.05时，基于载波实现的零矢量起始svpwm在添加本发明中点电压平衡方法后，通过将零序电压修正为(u
min
+u
max-1)/2，可使得三电平npc逆变器的中点电压不平衡值有效减小至直流侧电压值的5％内，故本发明方法可在中点电压不平衡值为正时实现中点电压平衡控制。此外，对比图7b和图6b可知，本发明方法可在平衡中点电压的同时显著降低三相电流的thd，从而提升了三电平npc逆变器在中点电压平衡控制过程中的输出谐波性能。
[0078]
图8为实施例直流侧上桥臂电容初始电压1500v，下桥臂电容初始电压3500v，设置不平衡裕量因子k为0.03，基于载波实现的零矢量起始svpwm添加本发明中点电压平衡方法时的中点电压不平衡值、相电压、调制波和输出电流。由图8可知，当中点电压偏差值为-2000v且不平衡裕量因子k为0.03时，基于载波实现的零矢量起始svpwm在添加本发明中点电压平衡方法后，通过将零序电压修正为-(u
min
+u
max
+1)/2，可使得三电平npc逆变器的中点电压不平衡值减小至直流侧电压值的3％内，故本发明方法可在中点电压不平衡值为负时有效实现中点电压平衡控制，提高了三电平npc逆变器的可靠性和安全性。
[0079]
本实施例在中点电压不平衡值为正或为负时，通过修正零序电压来实现中点电压平衡控制，并提供了具体的修正零序电压的方法，提高了三电平npc逆变器在基于载波实现的零矢量起始svpwm作用下的可靠性；并且，在中点电压平衡控制过程中，本技术可以显著降低三相电流thd，从而提高了三电平npc逆变器的输出谐波性能。
[0080]
本发明第三实施例公开了一种基于载波实现的零矢量起始svpwm中点电压平衡方法。第三实施例是第二实施例的进一步改进，改进之处在于，在将u
zero
注入所述三电平逆变器的三相原始调制波之前，新增步骤：“当u
dc_dev
在-k
×udc
与k
×udc
之间时，根据零矢量起始svpwm输出三相电平状态设置u
zero”，如图9所示，具体包括以下步骤：
[0081]
s31：获取预设的不平衡裕量因子k以及所述三电平逆变器的直流侧电压u
dc
；
[0082]
s32：根据所述三电平逆变器直流侧电压u
dc
和所述三电平逆变器直流侧中点电压
计算得到三电平逆变器的中点电压不平衡值u
dc_dev
；
[0083]
s33：判断u
dc_dev
是否大于k
×udc
，如果是，转至步骤s34，如果否，转至步骤s37；
[0084]
s34：判断是否满足“tcflag＝-1且tcflag_pre＝1”这一条件，如果是，跳转步骤s35，如果否，跳转步骤s36；
[0085]
s35：在三角载波峰值处修正将u
zero
修正为(u
min
+u
max-1)/2，转至步骤s314；
[0086]
s36：不对u
zero
进行修正，跳转步骤s314；
[0087]
s37：判断u
dc_dev
是否小于-k
×udc
，如果是，转至步骤s38，如果否，转至步骤s314；
[0088]
s38：判断是否满足“tcflag＝1且tcflag_pre＝-1”这一条件，如果是，键入步骤s39，如果否，转至步骤s310；
[0089]
s39：在三角载波零点处将u
zero
修正为-(u
min
+u
max
+1)/2，跳转步骤s313；
[0090]
s310：不对u
zero
进行修正，跳转步骤s313；
[0091]
s311：判断零矢量起始svpwm输出三相电平状态是否为o-p-o，如果是，跳转至步骤s312，如果否，跳转至步骤s313；
[0092]
s312：设置u
zero
＝(u
min
+u
max-1)/2；
[0093]
s313：设置u
zero
＝-(u
min
+u
max
+1)/2；
[0094]
s314：将u
zero
注入所述三电平逆变器的三相原始调制波。
[0095]
在一个具体的实施例中，借助psim软件搭建三电平npc逆变器模型，利用仿真验证本发明基于载波实现的零矢量起始svpwm中点电压平衡方法的有效性。实施例仿真条件为：仿真步长设置2us，直流侧电压设置5000v，直流侧电容为16.2mf，载波频率设置600hz，基波频率设置15hz，调制比为0.2，输出负载为1.6ω电阻串联12.73mh电感(仿真实验的基本条件与第二实施例相同)。
[0096]
图10为实施例直流侧上桥臂电容初始电压3500v，下桥臂电容初始电压1500v，调制比0到0.3变化，基于载波实现的零矢量起始svpwm不添加中点电压平衡方法时的中点电压不平衡值、相电压、调制波和输出电流。图10结果表明，三电平npc逆变器调制策略为基于载波实现的零矢量起始svpwm时，若中点电压在变化调制比下出现偏差，在不添加中点电压平衡方法情况下，三电平npc逆变器的中点电压不平衡值会一直存在，危及三电平npc逆变器的运行安全。
[0097]
图11为实施例直流侧上桥臂电容初始电压3500v，下桥臂电容初始电压1500v，调制比0到0.3变化，设置不平衡裕量因子k为0.05，基于载波实现的零矢量起始svpwm添加本发明中点电压平衡方法时的中点电压不平衡值、相电压、调制波和输出电流。对比图11和图10，设置不平衡裕量因子k为0.05，基于载波实现的零矢量起始svpwm在添加本发明中点电压平衡方法后，可在变化调制比下使得三电平npc逆变器的中点电压不平衡值减小至直流侧电压值的5％内，故本发明方法可在变化调制比下有效实现中点电压平衡控制。
[0098]
图12为实施例直流侧上桥臂电容初始电压1500v，下桥臂电容初始电压3500v，基波频率5hz到25hz变化，基于载波实现的零矢量起始svpwm不添加中点电压平衡方法时的中点电压不平衡值、相电压、调制波和输出电流。图12结果表明，三电平npc逆变器调制策略为基于载波实现的零矢量起始svpwm时，若中点电压在变化基波频率下出现偏差，在不添加中点电压平衡方法情况下，三电平npc逆变器的中点电压不平衡值会一直存在，危及三电平npc逆变器的运行安全。
[0099]
图13为实施例直流侧上桥臂电容初始电压1500v，下桥臂电容初始电压3500v，基波频率5hz到25hz变化，设置不平衡裕量因子k为0.03，基于载波实现的零矢量起始svpwm添加本发明中点电压平衡方法时的中点电压不平衡值、相电压、调制波和输出电流。比图13和图12，设置不平衡裕量因子k为0.03，基于载波实现的零矢量起始svpwm在添加本发明中点电压平衡方法后，可在变化基波频率下使得三电平npc逆变器的中点电压不平衡值减小至直流侧电压值的3％内，故本发明方法可在变化基波频率下有效实现中点电压平衡控制。
[0100]
进一步分析图7a、图8、图11和图13，本发明方法通过修正零序电压来完成基于载波实现的零矢量起始svpwm的中点电压平衡控制，其在平衡控制过程中无需pi控制器且无需判断电流方向和相角区域，故本发明方法具备步骤简单、实现方便的优点。
[0101]
本实施例的结果验证了本发明基于载波实现的零矢量起始svpwm中点电压平衡方法的有效性。在中点电压不平衡值为正或为负时，在调制比和基波频率固定或变化时，本发明方法均可以通过修正零序电压来实现中点电压平衡控制，其提高了三电平npc逆变器在基于载波实现的零矢量起始svpwm作用下的安全性和可靠性。在中点电压平衡控制过程中，本发明方法可以显著降低三相电流thd，从而提高了三电平npc逆变器的输出谐波性能。此外，本发明方法无需pi控制器且无需判断电流方向和相角区域，其还具备步骤简单、实现方便的优点。
[0102]
相应的，本技术实施例还公开了一种基于载波实现的零矢量起始svpwm中点电压平衡装置，参见图14所示，包括：
[0103]
获取模块1，用于获取预设的不平衡裕量因子k以及所述三电平逆变器的直流侧电压u
dc
；
[0104]
计算模块2，用于根据所述三电平逆变器直流侧电压u
dc
和所述三电平逆变器直流侧中点电压计算得到三电平逆变器的中点电压不平衡值u
dc_dev
；
[0105]
第一修正模块3，用于当u
dc_dev
大于k
×udc
时，在三角载波峰值处修正零矢量起始svpwm的零序电压；
[0106]
第二修正模块4，用于当u
dc_dev
小于-k
×udc
时，在三角载波零点处修正零矢量起始svpwm的零序电压；
[0107]
注入模块5，用于将u
zero
注入所述三电平逆变器的三相原始调制波。
[0108]
本技术在中点电压不平衡值为正或为负时，通过修正零序电压来实现中点电压平衡控制，提高了三电平npc逆变器在基于载波实现的零矢量起始svpwm作用下的可靠性；并且，在中点电压平衡控制过程中，本技术可以显著降低三相电流thd，从而提高了三电平npc逆变器的输出谐波性能。
[0109]
在一些具体的实施例中，所述计算模块2具体用于：
[0110]
采用以下公式计算u
dc_dev
：
[0111]udc_dev
＝u
dc-2u
neu
[0112]
式中，u
dc
为所述三电平逆变器的直流侧电压，u
neu
为所述三电平逆变器的直流侧中点电压。
[0113]
在一些具体的实施例中，所述第一修正模块3具体用于：若当前采样周期内三角载波方向为下降方向，且上一采样周期内三角载波方向为上升方向，将u
zero
修正为(u
min
+u
max-1)/2；若当前采样周期内三角载波方向为上升方向，且上一采样周期内三角载波方向为下
降方向，保持u
zero
不变；若当前采样周期内三角载波方向和上一采样周期内三角载波方向相同，保持u
zero
不变；其中，u
min
为所述三相原始调制波的最小值，u
max
为所述三相原始调制波的最大值。
[0114]
在一些具体的实施例中，所述第二修正模块4具体用于：若当前采样周期内三角载波方向为上升方向，且上一采样周期内三角载波方向为下降方向，将u
zero
修正为-(u
min
+u
max
+1)/2；若当前采样周期内三角载波方向为下降方向，且上一采样周期内三角载波方向为上升方向，保持u
zero
不变；若当前采样周期内三角载波方向和上一采样周期内三角载波方向相同，保持u
zero
不变；其中，u
min
为所述三相原始调制波的最小值，u
max
为所述三相原始调制波的最大值。
[0115]
在一些具体的实施例中，所述零矢量起始svpwm中点电压平衡装置还包括赋值模块，所述赋值模块用于基于以下步骤对当前采样周期内三角载波方向标志位tcflag和所述上一采样周期内三角载波方向标志位tcflag_pre进行赋值：在当前采样周期对tcflag赋值前，令tcflag_pre＝tcflag；若当前采样周期内三角载波为上升方向，对tcflag赋值为1，若当前采样周期内三角载波为下降方向，对tcflag赋值为-1。
[0116]
在一些具体的实施例中，所述零矢量起始svpwm中点电压平衡装置还包括设置模块，所述设置模块用于当u
dc_dev
在-k
×udc
与k
×udc
之间时，根据零矢量起始svpwm输出三相电平状态设置u
zero
：当所述三相电平状态为o-p-o时，设置u
zero
＝(u
min
+u
max-1)/2；当所述三相电平状态为o-n-o时，设置u
zero
＝-(u
min
+u
max
+1)/2。
[0117]
相应的，本技术实施例还公开了一种零矢量起始svpwm中点电压平衡设备，包括：
[0118]
存储器，用于存储计算机程序；
[0119]
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上文任一实施例所述零矢量起始svpwm中点电压平衡方法的步骤。
[0120]
相应的，本技术实施例还公开了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上文任一实施例零矢量起始svpwm中点电压平衡方法的步骤。
[0121]
其中，具体有关所述零矢量起始svpwm中点电压平衡方法的细节内容，可以参照上文实施例中的相关描述，此处不再赘述。
[0122]
其中，本实施例中所述零矢量起始svpwm中点电压平衡设备和可读存储介质具有与上文实施例中所述零矢量起始svpwm中点电压平衡方法相同的技术效果，此处不再赘述。
[0123]
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0124]
以上对本发明所提供的一种零矢量起始svpwm中点电压平衡方法、系统及相关组件进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技
术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。