一种五电平有源中点钳位逆变器空间矢量调制方法与流程

1.本发明属于变流器控制技术领域，具体涉及一种五电平有源中点钳位逆变器空间矢量调制方法。


背景技术：

2.多电平变换器具有高功率因数、低开关损耗、低谐波含量、低dv/dt等优点，已广泛应用在新能源发电、高压变频调速、电力系统柔性交直流输配电等领域。其中，五电平有源中点钳位型逆变器相对传统的二极管钳位型、飞跨电容型逆变器，钳位二极管和悬浮电容的数量大幅减小，且易于实现电容电压的平衡控制，正受到越来越多的关注。
3.svpwm调制策略具有电压利用率高，谐波小等优点，然而多电平逆变器随着电平数和开关管数量的增高，空间电压矢量的数量呈指数增加，其中五电平有源中点钳位型逆变器具有125个基本空间电压矢量，且大量冗余电压矢量的存在，直接导致了五电平有源中点钳位型逆变器svpwm调制算法计算量大，数字化实现困难。


技术实现要素：

[0004][0005]
针对以上问题，本发明的目的在于提供一种五电平有源中点钳位型逆变器空间矢量调制方法，具有算法计算量小、易于数字化实现等优点。
[0006]
本发明采用以下技术方案：一种五电平有源中点钳位逆变器空间矢量调制方法，基于基频结构单元和高频结构单元串联组合而成的五电平有源中点钳位逆变器，对基频结构单元采用空间矢量调制策略，高频结构单元采用载波移相调制策略，具体包括以下步骤：
[0007]
步骤1，给定参考电压u
α
、u
β
，根据三电平逆变器空间矢量调制方法计算基频结构单元的调制波u
refa
、u
refb
、u
refc
；
[0008]
步骤2，根据载波移相pspwm调制方法计算高频结构单元的三相调制波 u
refa_half
、u
refb_half
、u
refc_half
；
[0009]
步骤3，两电平半桥结构载波移相调制：为保持悬浮电容电压以及母线中点电位的平衡控制，微调三相调制波，微调量分别记为δu
refa_com
、δu
refb_com
、δu
refc_com
、δu
ref_dc
；
[0010]
步骤4，将微调后的三相调制波分别与对应的三角载波比较后，输出最终的 pwm脉冲驱动五电平有源中点钳位逆变器。
[0011]
进一步，所述步骤1具体过程为：
[0012]
步骤1.1，根据参考电压u
α
、u
β
进行大扇区划分，其划分原则为：
[0013]
第i大扇区u
β
＞0且
[0014]
第ii大扇区u
β
＞0，且
[0015]
第iii大扇区：u
β
＞0且
[0016]
第iv大扇区：u
β
＜0且
[0017]
第v大扇区：u
β
＜0且且
[0018]
第vi大扇区：u
β
＜0且
[0019]
步骤1.2，根据参考电压u
α
、u
β
进行小扇区划分，以第i大扇区为例进行小扇区划分，其划分原则为：
[0020]
第i_a小扇区且
[0021]
第i_b小扇区1-u
β-u
α
＞0且
[0022]
第i_c小扇区且且0.5-u
β
＞0且
[0023]
第i_d小扇区且且0.5-u
β
＞0且
[0024]
第i_e小扇区0.5-u
β
＜0；
[0025]
第i_f小扇区
[0026]
步骤1.3，根据参考电压u
α
、u
β
所处的扇区，由最近的三个基本电压矢量合成参考电压矢量，合成原则及基本矢量作用顺序为：
[0027]
第i_a小扇区：oon-ooo-poo-ppo-poo-ooo-oon；
[0028]
第i_b小扇区：onn-oon-ooo-poo-ooo-oon-onn；
[0029]
第i_c小扇区：oon-pon-poo-ppo-poo-pon-oon；
[0030]
第i_d小扇区：onn-oon-pon-poo-pon-oon-onn；
[0031]
第i_e小扇区：oon-pon-ppn-ppo-ppn-pon-oon；
[0032]
第i_f小扇区：onn-pnn-pon-poo-pon-pnn-onn；
[0033]
步骤1.4，根据参考电压u
α
、u
β
值的大小以及参考电压矢量所处的扇区，利用空间矢量等效方法，计算基本电压矢量的作用时间，按步骤1.3所述的三个基本电压矢量的作用顺序，作用时间依次记为t1、t2、t3：
[0034]
第i_a小扇区：t1＝2u
β
、
[0035]
第i_b小扇区：t2＝2u
β
、
[0036]
第i_c小扇区：t3＝1-2u
β
；
[0037]
第i_d小扇区：t1＝1-2u
β
、
[0038]
第i_e小扇区：t3＝2u
β-1；
[0039]
第i_f小扇区：t3＝2u
β
；
[0040]
步骤1.5，按照步骤1.1～1.4所述方法，经坐标变换后，计算参考电压矢量位于其他大扇区时的电压矢量作用时间，基频结构单元的三相调制波记为u
refa
、 u
refb
、u
refc
。
[0041]
更进一步，所述a相、b相、c相高频结构单元的调制波分别为u
refa_half
＝u
refa
、 u
refb_half
＝u
refb
、u
refc_half
＝u
refc
。
[0042]
更进一步，五电平有源中点钳位逆变器通过微调基频结构单元以及高频结构单元的调制波实现母线中点电位、悬浮电容电压平衡控制，悬浮电容电压平衡控制微调量记为δu
refa_com
、δu
refb_com
、δu
refc_com
，母线中点电位平衡控制微调量记为δu
ref_dc
，微调后的基频结构单元的三相调制波如下：
[0043][0044]
微调后的高频结构单元的三相调制波如下：
[0045][0046]
再进一步，所述的基频结构单元所用三角载波记为c1，高频结构单元所用三角载波记为c2，三角载波c1与三角载波c2的相位差为180
°
。
[0047]
本发明具有以下技术效果：本发明方法具有算法复杂度低，实施方便，便于数字化实现等优点。
附图说明
[0048]
图1为本发明空间矢量调制方法的流程图；
[0049]
图2为本发明五电平有源中点钳位逆变器的拓扑图；
[0050]
图3为本发明基频结构单元的空间电压矢量分布示意图；
[0051]
图4为本发明基频结构单元的电压矢量合成顺序及作用时间；
[0052]
图5为本发明的基频结构单元和高频结构单元的载波移相调制策略示意图。
[0053]
各附图标记为：1—基频结构单元，2—高频结构单元。
具体实施方式
[0054]
为进一步说明本发明的目的和技术方案，下面结合附图和具体实施例作一步详细说明。
[0055]
参照图1、图2所示，本发明公开的一种五电平有源中点钳位逆变器空间矢量调制方法，基于基频结构单元1和高频结构单元2串联组合而成的五电平有源中点钳位逆变器，其中基频结构单元1采用空间矢量调制策略的，高频结构单元2采用载波移相调制策略。图3所示为基频结构单元1的空间电压矢量分布图，空间电压矢量坐标系分为六个大扇区，每个大扇区分为六个小扇区，以第i大扇区为例，可分为a、b、c、d、e、f六个小扇区。
[0056]
本发明五电平有源中点钳位逆变器空间矢量调制方法，包括以下步骤：
[0057]
步骤1，给定参考电压u
α
、u
β
，根据三电平逆变器空间矢量调制原理计算基频结构单元1的调制波u
refa
、u
refb
、u
refc
。其中步骤1具体过程为：
[0058]
步骤1.1，根据参考电压u
α
、u
β
进行大扇区划分，其划分原则为：
[0059]
第i大扇区u
β
＞0且
[0060]
第ii大扇区u
β
＞0，且
[0061]
第iii大扇区：u
β
＞0且
[0062]
第iv大扇区：u
β
＜0且
[0063]
第v大扇区：u
β
＜0且且
[0064]
第vi大扇区：u
β
＜0且
[0065]
步骤1.2，根据参考电压u
α
、u
β
进行小扇区划分，以第i大扇区为例进行小扇区划分，其划分原则为：
[0066]
第i_a小扇区且
[0067]
第i_b小扇区1-u
β-u
α
＞0且
[0068]
第i_c小扇区且且0.5-u
β
＞0且
[0069]
第i_d小扇区且且0.5-u
β
＞0且
[0070]
第i_e小扇区0.5-u
β
＜0；
[0071]
第i_f小扇区
[0072]
步骤1.3，根据参考电压u
α
、u
β
所处的扇区，由最近的三个基本电压矢量合成参考电压矢量，合成原则及基本矢量作用顺序为：
[0073]
第i_a小扇区：oon-ooo-poo-ppo-poo-ooo-oon；
[0074]
第i_b小扇区：onn-oon-ooo-poo-ooo-oon-onn；
[0075]
第i_c小扇区：oon-pon-poo-ppo-poo-pon-oon；
[0076]
第i_d小扇区：onn-oon-pon-poo-pon-oon-onn；
[0077]
第i_e小扇区：oon-pon-ppn-ppo-ppn-pon-oon；
[0078]
第i_f小扇区：onn-pnn-pon-poo-pon-pnn-onn；
[0079]
步骤1.4，根据参考电压u
α
、u
β
值的大小以及参考电压矢量所处的扇区，利用空间矢量等效原理，计算基本电压矢量的作用时间，按步骤1.3所述的三个基本电压矢量的作用顺序，作用时间依次记为t1、t2、t3：
[0080]
第i_a小扇区：t1＝2u
β
、
[0081]
第i_b小扇区：t2＝2u
β
、
[0082]
第i_c小扇区：t3＝1-2u
β
；
[0083]
第i_d小扇区：t1＝1-2u
β
、
[0084]
第i_e小扇区：t3＝2u
β-1；
[0085]
第i_f小扇区：t3＝2u
β
；
[0086]
步骤1.5，按照步骤1.1～1.4所述方法，经坐标变换后，计算参考电压矢量位于其他大扇区时的电压矢量作用时间，基频结构单元1的三相调制波记为u
refa
、u
refb
、u
refc
。
[0087]
步骤2，根据载波移相pspwm调制原理，计算高频结构单元2的三相调制波 u
refa_half
、u
refb_half
、u
refc_half
。
[0088]
步骤3，两电平半桥结构载波移相调制：为保持悬浮电容电压以及母线中点电位的平衡控制，微调三相调制波，微调量分别记为δu
refa_com
、δu
refb_com
、δu
refc_com
、δu
ref_dc
。
[0089]
步骤4，将微调后的三相调制波分别与对应的三角载波比较后，输出最终的 pwm脉冲驱动五电平有源中点钳位逆变器。
[0090]
其中所述a相、b相、c相高频结构单元2的调制波分别为u
refa_half
＝u
refa
、 u
refb_half
＝u
refb
、u
refc_half
＝u
refc
。
[0091]
其中五电平有源中点钳位逆变器通过微调基频结构单元1以及高频结构单元2的调制波实现母线中点电位、悬浮电容电压平衡控制，悬浮电容电压平衡控制微调量记为δu
refa_com
、δu
refb_com
、δu
refc_com
，母线中点电位平衡控制微调量记为δu
ref_dc
，微调后的基频结构单元1的三相调制波如下：
[0092][0093]
微调后的高频结构单元2的三相调制波如下：
[0094][0095]
其中所述的基频结构单元1所用三角载波记为c1，高频结构单元2所用三角载波记为c2，三角载波c1与三角载波c2的相位差为180
°
[0096]
图4为基频结构单元1在第i大扇区的电压矢量合成原则及作用顺序图，当电压矢量位于其他大扇区时，可运用坐标变换等效到第i大扇区，确定相应的基本电压矢量作用顺序及计算电压矢量作用时间。
[0097]
图5为基频结构单元1以及高频结构单元2的载波移相调制策略示意图，计算得到的基频结构单元1以及高频结构单元2的三相调制波分别与相位差为 180
°
的三角载波比较后，得到pwm信号驱动五电平有源中点钳位逆变器，实现了一种等效的五电平有源中点钳位逆变器空间矢量调制策略。
[0098]
上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。