三电平四桥臂变流器的空间矢量脉宽调制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种三电平四桥臂变流器空间矢量调制策略，特别涉及一种基于参考 电压分解的三电平四桥臂变流器的空间矢量脉宽调制方法。
【背景技术】
[0002] 三电平四桥臂变流器通过第四桥臂对中线进行单独控制，其控制方式灵活，并且 补偿不平衡电流能力更强，尤其在电压等级较高或对补偿效果要求较高的场合，三电平四 桥臂变流器具有更好的补偿效果。空间矢量脉宽调制（SVPffM)是电压源变流器常用的调制 策略，其直流侧电压利用率高，输出谐波少，易于数字化实现。
[0003] 由于三电平四桥臂变流器的三相负载不平衡，使得参考矢量分布在三维空间，因 此应用于三电平四桥臂变流器的SVPffM为三维SVPffM (3D-SVPWM)，并且，由于三电平四桥臂 变流器主电路开关状态多，因此SVPffM调制过程复杂。
[0004] 相关技术中，三电平四桥臂变流器的SVPffM是在α β γ坐标系下进行，首先判断 参考矢量在α β平面上的三角区域，然后将平面位置延伸至空间，每个三棱柱被六个平面 切割成七个四面体，最后根据参考矢量所在四面体确定合成参考矢量的基矢量，并由伏秒 平衡原理计算其作用时间。由于调制过程中涉及三角函数和根号运算，因此影响计算精度， 并且计算过程繁琐，计算量大，占用控制器资源多，影响控制的实时性。
【发明内容】
[0005] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的 目的在于提出一种三电平四桥臂变流器的空间矢量脉宽调制方法，能够有效解决传统空间 矢量脉宽调制策略计算量大，计算精度低，实时性差的问题。
[0006] 为实现上述目的，本发明的实施例提出了一种三电平四桥臂变流器的空间矢量脉 宽调制方法，包括以下步骤：S1，对所述三电平四桥臂变流器的三相参考电压v af、vbf、Vcf进 行坐标转换以获得abc γ坐标系下的坐标（va, vb, V。，νγ)，并根据所述坐标（va, vb, V。，νγ)的 坐标分量va、vb、ν。判定参考矢量所处的大区域和三角区域；S2,根据所述参考矢量所处的 大区域和三角区域获取界定平面函数，并根据所述界定平面函数确定起始矢量；S3,根据所 述起始矢量对所述三相参考电压v af、vbf、Vrf进行修正，以获得三相参考电压修正值V a/、 vbf'、Vrf' ;S4,对所述三相参考电压修正值vaf'、vbf'、vrf'进行线性运算，以获得六个中 间变量X、y、Z、s、q、w，并根据所述六个中间变量X、y、z、s、q、w中的任意三个中间变量计 算基矢量￥ 1、'^、'^3的作用时间1:1、1:2、1:3;55，根据所述作用时间1: 1、1:2、1:3对所述三电平四桥 臂变流器中的开关器件进行控制。
[0007] 根据本发明的一个实施例，通过以下公式对所述三相参考电压vaf、vbf、V ef进行坐 标变换：
[0009] 其中， Va、为所述坐标（Va, Vb, Vt^Vy)的坐标分量，Vaf 为所述三相
参考电压。
[0010] 根据本发明的一个实施例，在步骤Sl中，根据所述坐标（va, vb, V。，νγ)的坐标分量 va、vb、V。判定参考矢量所处的大区域和三角区域，具体包括：根据所述坐标（va，H，V Y) 的坐标分量Va、Vb、V。判定所述参考矢量所处的大区域以对所述坐标分量V a、Vb、V。进行修 正；根据修正后的坐标分量Vj、判定所述参考矢量所处的三角区域。
[0011] 具体地，根据下表对所述坐标分量Va、Vb、V。进行修正以获得所述修正后的坐标分 量 Va'、Vb'、乂。' ：
[0012]
[0013] 其中，Vd。为所述三电平四桥臂变流器的直流侧电压。 '
[0014] 根据本发明的一个实施例，所述界定平面函数满足下表的关系：
[0016] 其中，Vd。为所述三电平四桥臂变流器的直流侧电压。
[0017] 根据本发明的一个实施例，根据下表的关系对所述三相参考电压vaf、vbf、V rf进行 修正以获得所述三相参考电压修正值Va/、vb/:
[0018]
[0019] 其中，Vd所述三电平四桥臂变流器的直流侧i压。 '
[0020] 根据本发明的一个实施例，通过以下公式对所述三相参考电压修正值Vaf'、 Vb/、Vrf'进行线性运算：
[0022] 其中，x、y、z、s、q、w为所述中间变量，va/、vb/、v。/为所述三相参考电压修正 值。
[0023] 具体地，所述作用时间t2、t3通过下述公式进行表达：
[0025] 其中，V t2、t3为所述作用时间，x、y、z为所述中间变量，T s为开关周期，V dc为所 述三电平四桥臂变流器的直流侧电压。
[0026] 有益效果：由于采取上述方案，根据参考矢量在abc平面中的三角区域获得界定 平面的平面函数，并由平面函数确定起始矢量。由起始矢量对参考矢量进行分解，得到修正 后的三相参考电压，并对其进行线性运算求取中间变量，通过选取中间变量计算基矢量作 用时间。整个调制过程条理清晰，实现简单，与传统方法相比计算量小，精度高，实时性强， 具有一定的理论创新和应用价值。解决了传统三电平四桥臂变流器SVPffM方法计算量大， 计算精度低，实时性差的问题，达到了本发明的目的。
[0027] 优点具体体现在：
[0028] 1、该方法基于abc γ坐标系确定参考矢量所处位置，判断过程不涉及根号运算， 提尚了计算精度；
[0029] 2、该方法利用起始矢量对参考电压进行分解，得到两电平参考电压，将其代入两 电平四桥臂调制策略进行计算，降低了调制策略的复杂程度。
[0030] 3、两电平调制策略中，中间变量获取简单，基矢量作用时间由中间变量直接选取， 省却了作用时间的计算过程，不需要复杂的三角函数运算，降低了计算量，提高了实时性和 精确度。
【附图说明】
[0031] 图1是根据本发明实施例的三电平四桥臂变流器的空间矢量脉宽调制方法的流 程图。
[0032] 图2是根据本发明一个实施例的三电平四桥臂变流器的电路原理图。
[0033] 图3是根据发明一个实施例的三电平四桥臂变流器在abc γ坐标系中的开关状态 矢量分布图。
[0034] 图4是根据发明一个实施例的参考矢量在abc平面上的投影。
[0035] 图5是根据本发明一个实施例的参考矢量所处大区域的判断图。
[0036] 图6是根据本发明一个实施例的参考矢量所处三角区域的判断图。
[0037] 图7是根据本发明一个实施例的三角区域内的矢量分布图。
[0038] 图8是根据本发明一个实施例的三相参考电压为正弦时三电平四桥臂变频器输 出的经滤波后的波形图。
【具体实施方式】
[0039] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0040] 下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的三电平四桥臂变流器的空间矢量 脉宽调制方法。
[0041] 图1是根据本发明实施例的三电平四桥臂变流器的空间矢量脉宽调制方法的流 程图。其中，如图2所示，三电平四桥臂变流器的直流侧由两个串联电容分压为三电平，每 个桥臂由四个串联的功率开关器件和两个反并联二极管构成，并且上下桥臂的中点通过钳 位二极管连接到直流侧的电容中点。三电平四桥臂变流器共有3 4= 81种开关状态矢量， 分布在三维空间，图3为三电平四桥臂变流器的81种开关状态矢量在abc γ坐标系中的分 布图。
[0042] 如