多电平逆变器三维空间矢量调制算法
【专利摘要】本发明公开了一种多电平逆变器三维空间矢量调制算法。该算法避免使用坐标变换及三角函数运算，直接把三相参考电压映射到三维空间坐标系中，对三相参考电压进行采样，利用四舍五入函数求距离采样参考电压矢量最近的开关状态矢量，然后以该开关状态矢量为起点，根据该开关状态矢量与参考电压矢量之间的关系依次改变该开关状态矢量的三个坐标分量，得到四个开关状态矢量，利用所得四个开关状态矢量合成参考电压矢量，并在这四个开关状态矢量之间实现切换。该算法简化了多电平逆变器空间矢量调制算法，使得空间矢量调制算法适用于任意多电平逆变器，且输出电压零序分量被控制在变化范围内，有助于空间矢量调制算法在多电平逆变器中的推广应用。
【专利说明】多电平逆变器三维空间矢量调制算法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及到多电平逆变器调制领域，特指一种多电平逆变器三维空间矢量调制 算法。
【背景技术】
[0002] 由于多电平逆变器能够满足大功率、高质量输出波形的要求，同时又能减少谐波 畸变率和电磁干扰，因此被广泛应用于大功率中高压场合。多电平逆变器调制方法主要有： 载波调制法、空间矢量调制法、特定谐波消除法以及由这三种主要调制算法派生出来的其 他调制算法。其中空间矢量调制算法因为其开关频率低、直流电压利用率高、谐波抑制效果 好而备受关注。
[0003] 传统空间矢量调制算法首先对参考电压进行采样，然后计算所采样参考电压矢量 的最近三个基本矢量，并利用伏秒平衡原理计算三个最近的基本矢量的作用时间，用三个 基本矢量合成参考矢量，这种算法通常会涉及到三角函数运算，计算工作量大。
[0004] 另一方面，传统空间矢量调制算法随着电平数的增加，一个基本矢量对应的开关 状态矢量存在的冗余数量将大大增加，寻找基本矢量对应的合适的开关状态矢量是一项复 杂的工作，且不同的开关状态矢量对逆变器输出性能将带来很大影响。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是针对目前多电平逆变器空间矢量调制算法存在的上述问题，提出 一种多电平逆变器三维空间矢量调制算法，此算法把三相参考电压放到三维坐标系内进行 研究，直接对三维坐标系中的参考电压进行采样，把多电平逆变器的开关状态矢量映射到 三维坐标系中，用逼近参考电压矢量的四个开关状态矢量合成参考矢量，在一个采样周期 内，在四个开关状态矢量组成的小四方体的四个顶点之间进行切换，实现空间矢量调制算 法。
[0006] 为达到上述目的，本发明的技术方案为：
[0007] 多电平逆变器三维空间矢量调制算法，包括以下步骤：
[0008] 第一步，定义三维空间坐标系ABC坐标，把三相参考电压映射到三维坐标系中，得 到三相电压的三维空间参考电压矢量轨迹曲线。
[0009] 第二步，把开关状态矢量映射到三维坐标系中，开关状态矢量分布在以坐标原点 为中心、棱长为（n_l)(n表示多电平逆变器的总电平数）的立方体内的整数坐标点。
[0010] 第三步，对三维空间参考电压采样，得到参考矢量bp (^)。
[0011] 第四步，对参考矢量vr(ar，br，c r)的各个坐标分量取四舍五入得：
【权利要求】
1. 一种多电平逆变器三维空间矢量调制算法，其特征在于：基于三维空间坐标中的开 关状态矢量合成参考电压矢量的方法，利用包含参考电压矢量的单位正方体上的四个基本 矢量合成参考电压矢量，沿着单位正方体的边在四个基本矢量之间进行切换。
2. 如权利要求1所述的一种多电平逆变器三维空间矢量调制算法，其特征在于定义三 维空间坐标系ABC坐标，把三相参考电压映射到三维坐标系中，得到三相电压的三维空间 参考电压矢量轨迹曲线。
3. 如权利要求1所述的一种多电平逆变器三维空间矢量调制算法，其特征在于把开 关状态矢量映射到三维坐标系中，开关状态矢量分布在以坐标原点为中心、棱长为（η-1)(η 表示多电平逆变器的总电平数）的立方体内的整数坐标点。
4. 如权利要求1所述的一种多电平逆变器三维空间矢量调制算法，其特征在于对三维 空间参考电压矢量采样，得到参考矢量Ivq)。
5. 如权利要求1所述的一种多电平逆变器三维空间矢量调制算法，其特征在于对参考 矢量Vi (\，Ivq)的各个坐标分量取四舍五入得：
式（1)中round(*)表示取整函数，记开关状态矢量VjaA，ChV1(B7I^C)表示开关状 态矢量V3的坐标为（a,b,c),V1距离参考矢量V1?最近。
6. 如权利要求1所述的一种多电平逆变器三维空间矢量调制算法，其特征在于计算另 外三个开关状态矢量V2、V3、V4的坐标： 如果（ar_a) >0，（br_b) >0，（cr-c) >0,则V2(a+l，b，c)、V3(a+l，b+l，c)、V4(a+l，b+1, c+1)； 如果（ar_a) >0，（br_b) >0，（cr-c) <0,则V2(a+l，b，c)、V3(a+l，b+l，c)、V4(a，b，c-1)； 如果（ar_a) >0，（br_b) <0，（cr-c) >0,则V2(a+l，b，c)、V3(a+l，b-l，c)、V4(a+l，b-1, c+1)； 如果（ar_a) >0，（br_b) <0，（cr-c) <0,则V2(a+l，b，c)、V3(a+l，b-l，c)、V4(a+l，b-1, c-1)； 如果（ar_a) <0，（br_b) >0，（cr-c) >0,则V2(a-l，b，c)、V3(a-l，b+l，c)、V4(a-l，b+1, c+1)； 如果（ar_a) <0，（br_b) >0，（cr-c) <0,则V2(a-l，b，c)、V3(a-l，b+l，c)、V4(a-l，b+1, c-1)； 如果（ar_a) <0，（br_b) <0，（cr-c) >0,则V2(a-l，b，c)、V3(a-l，b-l，c)、V4(a-l，b-1, c+1)； 如果（ar_a) <0，（br_b) <0，（cr-c) <0,则V2(a-l，b，c)、V3(a-l，b-l，c)、V4(a-l，b-1, c-1) JiO,*,*)表示开关状态矢量Vi的坐标为（*,*,*),Vp V2、V3、V4为棱长为I的 正方体（称该正方体为单位正方体）的顶点。
7. 如权利要求1所述的一种多电平逆变器三维空间矢量调制算法，其特征在于利用伏 秒平衡原理，计算开关状态矢量Vi、V2、V3、V4的作用时间
式⑵中，时间1'1、1'2、1'3、1' 4分别对应开关状态矢量￥1、￥2、％、￥4的作用时间，1；表示采 样周期。
8. 如权利要求1所述的一种多电平逆变器三维空间矢量调制算法，其特征在于4 个开关状态矢量％、V2、V3、V4组成小四面体，在VpV2、V3、V4之间进行切换，切换路径为 V1-V2 -V3 -V4 -V3-V2-V1或V4-V3-V2-V1-V2-V3-V4,即沿着VV2、V3、 V4所在正方体的边进行切换，实现七段调制算法。
9. 如权利要求1所述的一种多电平逆变器三维空间矢量调制算法，其特征在于跟踪参 考矢量的采样，重复权利要求4?权利要求8,实现在不同的小四面体之间进行切换，完成 三维空间矢量调制算法。
【文档编号】H02M7/483GK104467496SQ201410196924
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年6月23日 优先权日:2014年6月23日
【发明者】王翠, 欧阳俊铭 申请人:南昌工程学院