九开关功率变换器的空间矢量调制方法与流程

本发明涉及一种九开关功率变换器的空间矢量调制方法。

背景技术：

随着功率变换器小型化、高可靠性和低功耗的不断发展，各国学者对功率变换器拓扑结构的改进做出了大量工作，并取得了大量成果。九开关变换器可实现两个三相交流端的独立控制，相较于传统12开关背靠背式功率变换器从拓扑结构上减少了开关器件及相应的驱动电路，缩小了体积，降低了系统功耗，其结构如图1所示。

九开关变换器同时可具备两路三相交流输出，可实现两三相交流负载的独立控制，其运行模式可分为同频运行和异频运行两种。

空间矢量调制策略已经广泛应用于功率变换器的控制，利用空间矢量调制策略可实现不同类型功率变换器的控制，但是不同拓扑结构功率变换器的空间矢量调制策略不同，九开关变换器的空间矢量调制方法是通过上下两个交流输出端的电压矢量共同决定开关器件的工作状态，而不是传统意义上单一电压矢量决定开关器件的开关状态。同理，九开关变换器的调制方法，也不同于其他功率变换器的调制方法。

技术实现要素：

针对九开关变换器的工作特点，本发明提供一种九开关变换器的空间矢量调制方法，该方法同时适用于九开关变换器的同频和异频工作模式。

为实现九开关变换器在同频和异频工作模式下的控制，本发明提供了一种九开关变换器的空间矢量调制方法，该方法包括如下步骤：

①利用上下交流端参考电压原始值判断两个参考电压矢量所处六边形；

②两个参考电压矢量与其所处六边形的中心矢量分别做差，将两个参考电压矢量从九开关变换器电压空间矢量平面转换到六开关变换器电压矢量空间平面，选择六开关变换器等效电压矢量，并确定等效电压矢量作用时间。

③将六开关变换器电压矢量映射到九开关变换器电压矢量平面，同时将六开关变换器电压矢量作用时间折算成九开关变换器电压矢量作用时间。

本发明有益效果是将九开关变换器电压矢量折算成六开关变换器电压矢量，算法易于理解，大大简化了九开关变换器调制方法的复杂度，便于数字化实现。该方法有助于理解九开关变换器的工作机理，而且对多交流端变换器的调制具有重要的参考价值，对九开关变换器的应用具有重要的实用价值。

附图说明

图1是九开关变换器电压空间矢量平面分区；

图2是本发明的两参考电压矢量处于同扇区时等效电压空间矢量平面；

图3是本发明的两参考电压矢量处于相邻扇区等效电压空间矢量平面；

图4是本发明的两参考电压矢量处于不相邻扇区等效电压空间矢量平面。

具体实施方式

结合附图对本发明的九开关变换器的空间矢量调制方法加以说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。

本发明的九开关变换器的空间矢量调制方法包括如下步骤：

①利用上下交流端参考电压原始值判断两个参考电压矢量所处六边形。将九开关变换器电压矢量空间平面划分为6个扇区，每个扇区对应一个六边形，该六边形中含有六个电压矢量，且可等效成六开关变换器的电压矢量；同时确定两个参考电压所处的扇区。

②两个参考电压矢量与其所处六边形的中心矢量分别做差，将两个参考电压矢量从九开关变换器电压空间矢量平面转换到六开关变换器电压矢量空间平面，选择六开关变换器等效电压矢量，并确定等效电压矢量作用时间。当两个参考电压矢量处于相同扇区时，将九开关电压空间矢量平面所有电压矢量长度缩小到原电压矢量长度的1/2，两个参考电压矢量保持不变；

用两个参考电压矢量分别减去其所处六边形中的中心电压矢量(vdc/3)得到九开关变换器电压空间矢量平面下电压矢量折算到六开关变换器电压空间矢量平面下的电压矢量；

当两个参考电压矢量处于不同扇区时，将九开关电压空间矢量平面所有电压矢量长度缩小到原电压矢量长度的1/4，两个参考电压矢量保持不变；

用两个参考电压矢量分别减去其所处六边形中的中心电压矢量(vdc/6)得到九开关变换器电压空间矢量平面下电压矢量折算到六开关变换器电压空间矢量平面下的电压矢量。

③将六开关变换器电压矢量映射到九开关变换器电压矢量平面，同时将六开关变换器电压矢量作用时间折算成九开关变换器电压矢量作用时间。

本发明的九开关变换器的空间矢量调制方法功能是这样实现的：

本发明的九开关变换器的空间矢量调制方法中九开关变换器拓扑结构设直流母线电压为vdc，共有三个桥臂，分别为桥臂a、桥臂b和桥臂c，对于任一桥臂均有三种工作状态。由此九开关变换器拓扑结构可得27个九开关变换器电压空间矢量，按照图2的九开关变换器与六开关变换器电压空间矢量对照图可将九开关变换器电压矢量转换为两个六开关变换器电压矢量的组合。九开关变换器电压矢量空间分布如图4所示。

1.将九开关变换器电压空间矢量平面分为6个扇区，如图1所示，l1、l2与l3将九开关变换器电压空间矢量平面分为6个扇区，分别为：ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ、ⅴ和ⅵ；每个扇区对应一个六边形，每个六边形所对应的电压矢量与六开关变换器电压空间矢量一致。本发明公开的九开关变换器与六开关变换器电压空间矢量对照图如下表所示。

2.当两个参考电压矢量处于相同扇区时，将九开关变换器电压空间矢量平面缩小至原电压空间矢量平面1/2，如图2所示；两参考电压矢量vu^*、vl^*分别与电压矢量oo1′(vdc/3)做差，得到将九开关变换器电压空间矢量平面等效至六开关变换器电压矢量平面的等效矢量vu^*’与vl^*’；利用六开关变换器电压空间矢量调制方法，得到vu^*’与vl^*’的等效合成矢量，即vu^*’＝tu2*v2+tu3*v3与vl^*’＝tl1*v1+tl2*v2，其中v2与v3可合成vu^*’，且作用时间分别为tu2与tu3；v1与v2可合成vl^*’，且作用时间分别为tl1与tl2。

将六开关变换器电压矢量映射到九开关变换器电压矢量平面，得九开关变换器电压矢量可能为v30、v22、v71、v72或者v20，若tu2>tl2，对应的九开关变换器电压矢量为v30、v22、v71、v20，且对应的九开关变换器电压矢量作用时间为tu3、tl2、tl1、tu2-tl2；否则，对应的九开关变换器电压矢量为v30、v22、v71、v72，且对应的九开关变换器电压矢量作用时间为tu3、tu2、tl1、tl2-tu2。

当两个参考电压矢量处于不同扇区时，将九开关变换器电压空间矢量平面缩小至原电压空间矢量平面1/4，分以下两种情况：

(1)若两个参考电压矢量所处的扇区相邻，如图3所示，使参考电压矢量vu^*与电压矢量oo2′(vdc/6)做差，vl^*与电压矢量oo1′(vdc/6)做差，得到将九开关变换器电压空间矢量平面等效至六开关变换器电压矢量平面的等效矢量vu^*’与vl^*’；利用六开关变换器电压空间矢量调制方法，得到vu^*’与vl^*’的等效合成矢量，即vu^*’＝tu3*v3+tu4*v4与vl^*’＝tl2*v2+tl3*v3，其中v3与v4可合成vu^*’，且作用时间分别为tu3与tu4；v2与v3可合成vl^*’，且作用时间分别为tl2与tl3。

将六开关变换器电压矢量映射到九开关变换器电压矢量平面，得九开关变换器电压矢量可能为v40、v33、v72、v73或者v30，若tu3>tl3，对应的九开关变换器电压矢量为v40、v33、v72、v30，且对应的九开关变换器电压矢量作用时间为tu4、tl3、tl2、tu3-tl3；否则，对应的九开关变换器电压矢量为v40、v33、v72、v73，且对应的九开关变换器电压矢量作用时间为tu4、tu3、tl2、tl3-tu3。

(2)若两个参考电压矢量所处的扇区不相邻，如图4所示，使参考电压矢量vu^*与电压矢量oo3′做差，vl^*与电压矢量oo1′做差，得到将九开关变换器电压空间矢量平面等效至六开关变换器电压矢量平面的等效矢量vu^*’与vl^*’；利用六开关变换器电压空间矢量调制方法，得到vu^*’与vl^*’的等效合成矢量，即vu^*’＝tu4*v4+tu5*v5与vl^*’＝tl2*v2+tl3*v3，其中v4与v5可合成vu^*’，且作用时间分别为tu4与tu5；v2与v3可合成vl^*’，且作用时间分别为tl2与tl3。将六开关变换器电压矢量映射到九开关变换器电压矢量平面，得九开关变换器电压矢量为v40、v50、v72、v73，对应的九开关变换器电压矢量作用时间为tu4、tu5、tl2、tl3。

3.根据2得到由两六开关矢量组合表示的九开关变换器电压矢量和对应的九开关变换器电压矢量作用时间，按变化状态最少的原则制定的矢量顺序进行矢量选择，对九开关变换器每个桥臂所对应的开关状态进行解码从而最终获得九开关变换器开关器件的驱动波形。