一种带反向矢量的二极管钳位型三电平脉冲整流器的空间矢量调制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力电子技术领域，涉及一种二极管钳位型三电平脉冲整流器的空间 矢量调制方法。
【背景技术】
[0002] 对于单相整流器，常用的调制方法主要有正弦脉宽调制技术SPWM和空间矢量脉 宽调制技术SVPWM。SPWM方法是将正弦参考信号与三角载波信号进行比较形成等效的PWM 控制波形以确定整流电路中的各开关状态的转换方式，简单有效；SVPWM方法是根据整流 器中不同开关状态形成的空间矢量在切换时形成PWM控制波形，从而逼近所需要的电压输 出。因此，在不提高开关频率的情况下，使整流器提高了电压利用率，获得了更好的动态响 应。根据空间矢量脉宽调制的实施方案，任意参考矢量都可以由基本空间矢量进行合成。为 了降低开关频率和开关损耗，同时减少输出电压矢量的谐波含量，一般采用与参考矢量相 邻最近的基本空间矢量来合成，并且在一个脉冲中，每次工作状态切换时，尽量保证一个开 关器件进行切换。
[0003] 单相二极管钳位型三电平脉冲整流器模块中，根据开关器件的导通顺序，可得到 九种不同的开关状态，这九种开关状态量在电压空间矢量调制策略中将成为合成指令电压 信号的矢量。为方便描述，在此将矢量分为五类：
[0004] 零矢量、正小矢量、负小矢量、正大矢量、负大矢量。零矢量长度为0,共计3个；正 小矢量长度为l/2Vdc，共计2个；负小矢量长度为l/2Vdc，共计2个；正大矢量长度为Vdc， 共计1个；负大矢量长度为Vdc，共计1个。
[0005] 在二极管钳位型三电平脉冲整流器中存在一个比较常见的问题：中点电位平衡。 若中点电位不平衡，会严重影响输出电压的波形质量，上下电容分压严重不均时可能会对 功率器件造成损害。研宄分析表明：在单个模块中，大矢量和零矢量不会导致中点电位漂 移，但小矢量出现时，直流侧电容中点会被注入或抽取电流，并且成对的小矢量对电容电压 的作用相反。同时，对电容作用效果不同的矢量可以称为冗余矢量，可以通过将其分配到同 一个开关周期内，并希望通过改变冗余开关状态作用时间，来控制中点电位状态达到电容 电压平衡。
【发明内容】
[0006] 为了克服现有二极管钳位型三电平脉冲整流器的中点电位问题，本发明提供了一 种不会影响控制效果，在完成中点电位均衡功能的同时不会导致开关频率升高的三电平空 间矢量调制方法。
[0007] 具体实现的技术方案为：一种带反向矢量的二极管钳位型三电平脉冲整流器的空 间矢量调制方法，将二极管钳位型三电平脉冲整流器的A相桥臂和B相桥臂的九种开关状 态所产生电压矢量分别表示为V^·· V9，将其分为五类W1，^与V 9为零矢量，V 2与V 3为正小 矢量，1与V 7为负小矢量，V 4与V 8为正大矢量与负大矢量；在两个电容电压相等时，同类矢 量参与合成矢量等效，互为冗余矢量；采用包含如下的步骤得到PWM信号实现对二极管钳 位电路的电容进行均压：
[0008] (1)根据整流器控制系统的输出信号作为参考电压合成矢量VMf，将参考信号的运 动轨迹均分为I -IV四个区间；
[0009] (2)判断所述参考电压矢量所在区间；
[0010] ⑶在每个区间内选择两个基本矢量；计算所选择的两个基本矢量的作用时间生 成调制波；
[0011] (4)通过调制波与三角载波调制得到PWM信号。
[0012] 所述步骤（2)中的四个区间是按照如下方法划分得到的：参考电压合成矢量Vref 的运动轨迹为一条直线，取该直线的一点为参考零点，根据五类矢量的大小和方向，正矢量 置于正向，负矢量置于负向，由此将其总负向到正向分为I - IV四个区间。
[0013] 所述步骤（3)中的选择两个矢量是按照如下方法得到的：选择参与合成VMf的矢 量时，在II与III区内通过正小矢量与负小矢量合成V Mf，在I区内通过正大矢量与负小矢 量合成，在第IV区内通过负大矢量与正小矢量合成。
[0014] 整流器工作时，不同的正小矢量作用时，将会对不同的电容进行充电，不同的负小 矢量作用时，将会对不同电容进行放电。零矢量作用时不会对电容进行充放电，正大矢量作 用时将同时对两个电容进行充电，负大矢量作用时将会同时对两个电容进行放电。
[0015] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0016] 1、本发明所提供的一种带反向矢量的二极管钳位型三电平脉冲整流器的空间矢 量调制方法。现有控制方法的基本思想是检测不平衡电容的电压差，并根据系统运行状态 来补偿控制，重新分配导致中点电位不平衡的开关状态的作用时间，从而解决电容电压的 平衡问题。本发明则利用正负小矢量对不同电容的作用，选择冗余正负小矢量对二极管钳 位电路的电容电压进行均压。同时，矢量切换时必须在当前矢量不为将被切换矢量，因此该 算法可以维持系统的开关频率保持不变。
[0017] 2、本发明所提供的调制方法能够保证，当在一个载波周期内出现与电流同相和反 相的两种不同电压时依然可以合成参考电压矢量，特别地，该整流器作为子单元级联时能 够快速地调整输出电压并完成均压效果。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明所应用的二极管钳位型三电平脉冲整流器
[0019] 图2为二极管钳位型三电平脉冲整流器开关等效电路图 [0020] 图3为带反向矢量的电压空间矢量调制各区间矢量图
[0021] 图4为本发明所涉及调制流程的框图
[0022] 图5为本发明所涉及的一个载波周期内的调制波形图
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明
[0024] 本发明所提供的一种带反向矢量的二极管钳位型三电平脉冲整流器的空间矢量 调制方法，与现有的三电平调制方法重新分配开关状态的作用时间不同，本发明则利用正 负小矢量对不同电容的作用，选择冗余正负小矢量对二极管钳位电路的电容进行均压。相 对于传统的重新分配开关状态的作用时间的调制方法来解决中点电位的漂移问题，本发明 则利用正负小矢量对不同电容的作用，选择冗余正负小矢量对二极管钳位电路的电容进行 均压。通过上述调制方法，可以保持系统开关频率不变的同时，维持中点电位的平衡。该方 法主要包括以下步骤：
[0025] (1)把一个二极管钳位型三电平脉冲整流器的A相桥臂和B相桥臂的九种开关状 态所产生电压矢量分别表示为AV·· V9。可以将其分为五类，V1, ^与V 9为零矢量，V 2与V 3为 正小矢量，1与V 7为负小矢量，V 4与V 8为正大矢量与负大矢量。在两个电容电压相等时， 同类矢量参与合成矢量等效，互为冗余矢量。如表1所示。
[0026] 表 1
【主权项】
1. 一种带反向矢量的二极管钳位型三电平脉冲整流器的空间矢量调制方法，将二极管 钳位型三电平脉冲整流器的A相桥臂和B相桥臂的九种开关状态所产生电压矢量分别表示 为V1-V9，将其分为五类A，％与V9为零矢量，V2与V3为正小矢量，V6与V7为负小矢量，V4 与V8为正大矢量与负大矢量；在两个电容电压相等时，同类矢量参与合成矢量等效，互为冗 余矢量；采用包含如下的步骤得到PWM信号实现对二极管钳位电路的电容进行均压： (1) 根据整流器控制系统的输出信号作为参考电压合成矢量VMf，将参考信号的运动轨 迹均分为I-IV四个区间； (2) 判断所述参考电压矢量所在区间； (3) 在每个区间内选择两个基本矢量；计算所选择的两个基本矢量的作用时间生成调 制波； (4) 通过调制波与三角载波调制得到PWM信号。
2. 根据权利要求1所述的一种带反向矢量的二极管钳位型三电平脉冲整流器的空间 矢量调制方法，其特征在于，所述步骤（2)中的四个区间是按照如下方法划分得到的：参考 电压合成矢量VMf的运动轨迹为一条直线，取该直线的一点为参考零点，根据五类矢量的 大小和方向，正矢量置于正向，负矢量置于负向，由此将其总负向到正向分为I-IV四个区 间。
3. 根据权利要求1所述的一种带反向矢量的二极管钳位型三电平脉冲整流器的空间 矢量调制方法，其特征在于，所述步骤（3)中的选择两个矢量是按照如下方法得到的：选择 参与合成Vref的矢量时，在II与III区内通过正小矢量与负小矢量合成VMf，在I区内通过 正大矢量与负小矢量合成，在第IV区内通过负大矢量与正小矢量合成。
【专利摘要】本发明公开了一种带反向矢量的二极管钳位型三电平脉冲整流器的空间矢量调制方法，包括以下步骤：(1)定义二极管钳位型三电平脉冲整流器的电压矢量，划分参考电压矢量的运动区间；(2)判断所述参考电压矢量的区间，在各区间选择合成参考电压的基本矢量；(3)计算所选择的矢量的作用时间生成调制波；(4)通过调制波与三角载波得到PWM信号实现对二极管钳位电路的电容进行均压。相比于现有调制方法中通过调整矢量作用时间来达到均压效果，本发明利用正负小矢量对不同电容的作用，选择冗余正负小矢量对二极管钳位电路的电容进行均压。特别是在参与组成多电平变换器时能够完成在不平衡负载情况下的直流输出电压均衡。
【IPC分类】H02M7-217
【公开号】CN104779821
【申请号】CN201510136608
【发明人】何晓琼, 郭爱平, 彭旭, 舒泽亮
【申请人】西南交通大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年3月26日