一种三相三电平变流器空间矢量调制方法与流程

本发明属于电力电子领域，具体涉及一种三相三电平变流器空间矢量调制方法。

背景技术：

目前，三相三电平变流器以其开关器件承压低，输出滤波器较小等优点，在很多场合得到了越来越广泛的应用。但三相三电平变流器存在固有的中点电位波动及偏移的问题，需要通过附加硬件电路或软件控制来实现中点电位的平衡控制。在许多应用场合，为追求更高的效率，也对损耗的降低提出了更高的要求。

三相三电平变流器在采用空间矢量调制方法时，一般通过调整冗余小矢量的作用时间来实现中点电位平衡的控制，也即常规七段式调制。为进一步降低开关损耗、提高三电平变流器的效率，也可采用五段式调制，减小开关动作次数，但该种方案舍弃了部分小矢量，不具备控制中点电位平衡的能力。

因此如何实现三相三电平变流器开关损耗的降低，同时实现中点电位的平衡控制，成为该电路应用中亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种三相三电平变流器空间矢量调制方法，在工作范围内，降低三相三电平变流器的开关损耗，同时实现中点电位的平衡控制。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括以下步骤：

步骤1：将三相三电平变流器空间电压矢量的每个扇区划分为两个区间；

步骤2：根据三相三电平变流器所需输出的三相正弦电压，计算出空间电压矢量的角度；

步骤3：根据空间电压矢量角度所处的区间，确定需要采用的调制方式及调制区间；

步骤4：按照确定的调制方式及所属扇区，进行调制。

步骤1中对于60°的扇区，将0～15°和45～60°划为一个区间，将15～45°划为另一个区间。

步骤2计算空间电压矢量角度的方法为：三相三电平变流器所需输出的三相正弦电压首先经过clarke变换，转换到αβ坐标系下，转换公式如下：

其中：ua、ub、uc分别为三相正弦电压，uα、uβ为经过clarke变换后的αβ轴电压；

然后，按照下式计算空间电压矢量的角度：

在c语言函数中采用atan2函数，将空间电压矢量角度的计算公式简化下式：

ω＝atan2(uβ,uα)

步骤3的调制方式包括：能够降低开关损耗但不能控制中点电位平衡的五段式调制，以及能够控制中点电位平衡的七段式调制；五段式调制和七段式调制分别对应至扇区划分的两个区间上。

在全调制度范围内，在三相三电平变流器空间电压矢量上交叉设置五段式调制和七段式调制的区间。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：由于中矢量对中点电位的波动影响较大，通过将三相三电平变流器空间电压矢量的每个扇区划分为不同区间，根据三相三电平变流器所需输出的三相正弦电压计算出空间电压矢量的角度，并根据空间电压矢量角度所处的区间，确定需要采用的调制方式及调制区间，通过划分不同调制方式及调制区间调整中矢量作用时间的长短，从而减小中点电位的波动，降低开关损耗的基础上实现了中点电位的平衡控制。

附图说明

图1本发明调制方法的整体流程图；

图2现有的三相三电平变流器拓扑图；

图3现有的三相三电平变流器的电压空间矢量分布图；

图4本发明电压空间矢量区间划分图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

参见图1-3，本发明三相三电平变流器空间矢量调制方法的实施步骤如下：

步骤1：将三相三电平变流器空间电压矢量的每个大扇区划分为两个区间；

步骤2：根据三相三电平变流器所需输出的三相正弦电压，计算出空间电压矢量的角度；

步骤3：根据空间电压矢量角度所处的区间，确定采用七段式调制的区间以及采用五段式调制的区间；

步骤4：根据确定的调试方式及所属扇区，进行调制。

步骤1中，在三相三电平变流器的空间电压矢量中，每个大扇区划分为两个区间的划分方法如图4所示，每个60°的大扇区中，0～15°、45～60°为一个区间，15～45°为另一个区间。

步骤2中，三相三电平变流器所需输出的三相正弦电压，首先经过clarke变换，转换到αβ坐标系下，转换公式为：

其中：ua、ub、uc分别为三相正弦电压，uα、uβ为经过clarke变换后的αβ轴电压。

计算空间电压矢量角度的公式为：

为简化计算，在c语言函数中可直接采用atan2函数，计算公式为：

ω＝atan2(uβ,uα)

步骤3中，按照图4所划分的区间，在阴影区间内采用五段式调制，在其他区间内采用七段式调制。

综上所述，本发明将三相三电平变流器空间矢量分布图的每个大扇区按照角度划分为两个区间，在其中一个区间内，采用能够降低开关损耗，但不具备中点电位平衡控制能力的五段式调制；在另外一个区间内，采用能够控制中点电位平衡的七段式调制。采用该种方法，在全调制度范围内，能够确保中点电位平衡控制的作用时间，从而实现中点电位平衡控制；同时在一定程度上降低了三相三电平变流器的开关损耗，提高了效率。

上述区间划分及根据划分的区间确定五段式调制及七段式调制区间的方式属于该发明的一种实施方式，根据该方式，在未进行创造性改进的情况下，仅仅改变区间的划分及根据划分的区间确定五段式调制和七段式调制区间的方式，也属于本发明专利的保护范围。

对所公开实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，一般原理可在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于所列举的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。