一种九开关变换器的交错控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种九开关变换器的交错控制方法，所述九开关变换器包括上逆变器和下逆变器，其方法包括如下步骤：A、根据九开关变换器的预定输出电压矢量，从九开关变换器的若干电压空间矢量中选出合成所述输出电压矢量所需要的七个电压空间矢量作为控制矢量；B、计算获得选出的控制矢量的工作时间；C、确定所述控制矢量的工作顺序从而输出所述预定输出电压矢量；其中，上逆变器与下逆变器的控制矢量交替工作。在输出同样的正弦线电压情况下，所采用的电路模态数及功率开关管开关次数均有减少，从而有效地降低了九开关变换器的开关频率与损耗。
【专利说明】
-种九开关变换器的交错控制方法
技术领域
[0001] 本发明设及九开关变换器控制技术领域，尤其设及一种九开关变换器的交错控制 方法。
【背景技术】
[0002] 图1所示的九开关变换器作为工业应用中不可或缺的电力电子设备，广泛应用于 电力系统、高速列车、电动汽车、大型不间断电源化PS)、新能源发电等领域。然而，随着九开 关变换器功率的增大，W及功率开关管的开关频率的提高，使得功率开关管的开关损耗越 来越大，已成为制约高功率密度逆变器发展的一个关键问题。
[0003] 在S相变换器控制方面，空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)技术与SPWM策略相比，具 有输出电流波形的谐波分量小，且直流母线电压的利用率较高，更易于数字化控制。然而， 由于九开关变换器结构上的复杂性，变换器虽然在结构上节省了开关管的使用，在控制上 却因为上、下逆变器的禪合而变得复杂，使得传统SVPWM技术的应用受到了极大的限制。因 此，目前主要是采用SPWM(全称为Sinusoidal Pulse Width Modulation,即正弦脉冲宽度 调制)对九开关变换器进行控制。
[0004] 因此，现有技术还有待发展。
【发明内容】
[0005] 鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种九开关变换器的交错 控制方法，旨在解决现有九开关变换器控制策略的开关频率较高，损耗较大的问题。
[0006] 为了达到上述目的，本发明采取了 W下技术方案：
[0007] -种九开关变换器的交错控制方法，所述九开关变换器包括上逆变器和下逆变 器，其中，包括如下步骤：
[000引 A、根据九开关变换器的预定输出电压矢量，从九开关变换器的若干电压空间矢量 中选出合成所述输出电压矢量所需要的屯个电压空间矢量作为控制矢量；
[0009] B、计算获得选出的控制矢量的工作时间；
[0010] C、确定所述控制矢量的工作顺序从而输出所述预定输出电压矢量；
[0011] 其中，上逆变器与下逆变器的控制矢量交替工作。
[0012] 所述的九开关变换器的交错控制方法，其中，在步骤C中，在满足上逆变器与下逆 变器的控制矢量交替工作的前提下，选择使用开关频率最低的工作顺序。
[0013] 所述的九开关变换器的交错控制方法，其中，所述九开关变换器包括第一至第九 九个开关管，构成上逆变器和下逆变器。
[0014] 所述的九开关变换器的交错控制方法，其中，所述屯个控制矢量为第一至第屯工 作模态：
[0015] 其中，第一工作模态为第一、第五、第六、第屯、第八和第九开关管导通，第二、第= 和第四开关管截止；
[0016] 第二工作模态为第二、第四、第六、第屯、第八和第九开关管导通，第一、第=和第 五开关管截止；
[0017] 第=工作模态为第=、第四、第五、第屯、第八和第九开关管导通，第一、第二和第 六开关管截止；
[0018] 第四工作模态为第一、第二、第=、第四、第五和第九开关管导通，第六、第屯和第 八开关管截止；
[0019] 第五工作模态为第一、第二、第=、第五、第六和第屯开关管导通，第四、第八和第 九开关管截止；
[0020] 第六工作模态为第一、第二、第=、第四、第六和第八开关管导通，第五、第屯和第 九开关管截止；
[0021] 第屯工作模态为第一、第二、第=、第屯、第八和第九开关管导通，第四、第五和第 六开关管截止。
[0022] 所述的九开关变换器的交错控制方法，其中，所述工作顺序依次为：
[0023] 第六工作模态，第二工作模态，第屯工作模态，第四工作模态W及第=工作模态； 或者
[0024] 第四工作模态，第=工作模态，第屯工作模态，第五工作模态W及第一工作模态； 或者
[0025] 第五工作模态，第一工作模态，第屯工作模态，第六工作模态W及第二工作模态； 或者
[00%]第=工作模态，第四工作模态，第屯工作模态，第二工作模态W及第六工作模态； 或者
[0027] 第一工作模态，第五工作模态，第屯工作模态，第=工作模态W及第四工作模态； 或者
[0028] 第二工作模态，第六工作模态，第屯工作模态，第=工作模态W及第五工作模态。
[0029] 所述的九开关变换器的交错控制方法，其中，所述屯个控制矢量为第一至第屯工 作模态；
[0030] 其中，第一工作模态为第一、第二、第六、第屯、第八和第九开关管导通，第=、第四 和第五开关管截止；
[0031] 第二工作模态为第二、第=、第四、第屯、第八和第九开关管导通，第一、第五和第 六开关管截止；
[0032] 第=工作模态为第一、第=、第五、第屯、第八和第九开关管导通，第二、第四和第 六开关管截止；
[0033] 第四工作模态为第一、第二、第=、第四、第八和第九开关管导通，第五、第六和第 屯开关管截止；
[0034] 第五工作模态为第一、第二、第=、第五、第屯和第九开关管导通，第四、第六和第 八开关管截止；
[0035] 第六工作模态为第一、第二、第=、第六、第屯和第八开关管导通，第四、第五和第 九开关管截止；
[0036] 第屯工作模态为第四、第五、第六开关管导通，第一、第二、第=、第屯、第八和第九 开关管截止。
[0037] 所述的九开关变换器的交错控制方法，其中，所述工作顺序依次为：
[0038] 第=工作模态，第五工作模态，第屯工作模态，第一工作模态W及第六工作模态； 或者
[0039] 第一工作模态，第六工作模态，第屯工作模态，第二工作模态W及第四工作模态； 或者
[0040] 第二工作模态，第四工作模态，第屯工作模态，第=工作模态W及第五工作模态； 或者
[0041 ]第六工作模态，第一工作模态，第屯工作模态，第五工作模态W及第=工作模态； 或者
[0042]第四工作模态，第二工作模态，第屯工作模态，第六工作模态W及第一工作模态； 或者
[0043 ]第五工作模态，第=工作模态，第屯工作模态，第六工作模态W及第二工作模态。
[0044] 所述的九开关变换器的交错控制方法，其中，所述步骤A具体包括：
[0045] 根据所述预定的输出电压矢量的幅值和相角，确定预定的输出电压矢量所在的工 作扇区；
[0046] 根据所述工作扇区，选出对应的电压空间矢量作为控制矢量。
[0047] 有益效果:本发明提供的九开关变换器的交错控制方法，采用九开关变换器中上 逆变器和下逆变器交替运行的方式，使用开关频率最小的切换方式。将九开关变换器的14 个电压空间矢量中的其中7个作为控制矢量，参与进行输出电压矢量控制。
[004引上述控制方式与传统SPWM、SVP歷控制策略相比，在输出同样的正弦线电压情况 下，所采用的电路模态数及功率开关管开关次数均有减少，从而有效地降低了九开关变换 器的开关频率与损耗。
【附图说明】
[0049] 图1为九开关变换器的电路图。
[0050] 图2为本发明具体实施例的九开关变换器的交错控制方法的方法流程图。
[0051 ]图3为传统SVPWM的控制方式示意图。
[0052] 图4为本发明具体实施例的交错控制方法的控制方式示意图。
[0053] 图5为本发明具体实施例的交错控制方法的输出电压波形图。
[0054] 图6为本发明具体实施例的控制矢量的组合1的示意图。
[0055] 图7为本发明具体实施例的控制矢量的组合2的示意图。
[0056] 图8为本发明具体实施例的九开关变换器的电压空间矢量图。
【具体实施方式】
[0057] 本发明提供一种九开关变换器的交错控制方法。为使本发明的目的、技术方案及 效果更加清楚、明确，W下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处 所描述的具体实施例仅用W解释本发明，并不用于限定本发明。
[0058] 如图1所示，为九开关变换器的电路图。其包括9个开关管，分别形成上逆变器和下 逆变器，开关管全部可能的工作组合有14个(即有14个工作模态）。
[0059] 如图2所示，为本发明具体实施例的九开关变换器的交错控制方法。所述方法包括 如下步骤：
[0060] S100、根据九开关变换器的预定输出电压矢量，从九开关变换器的若干电压空间 矢量中选出合成所述输出电压矢量所需要的屯个电压空间矢量作为控制矢量。其中，如图8 所示，为所述九开关变换器的电压空间矢量图。
[0061] 具体的，可W选择使用如下两种不同的控制矢量组合，当然，也可W选择使用其他 合适的控制矢量组合。其中，图1中S1-S9分别与下述第一至第九开关管对应。
[00创组合1为：
[0063] 第一、第五、第六、第屯、第八和第九开关管导通，第二、第=和第四开关管截止的 工作模态Uaioo;
[0064] 第二、第四、第六、第屯、第八和第九开关管导通，第一、第=和第五开关管截止的 工作模态UaOlO;
[0065] 第=、第四、第五、第屯、第八和第九开关管导通，第一、第二和第六开关管截止的 工作模态UaOOl;
[0066] 第一、第二、第=、第四、第五和第九开关管导通，第六、第屯和第八开关管截止的 工作模态化110;
[0067] 第一、第二、第=、第五、第六和第屯开关管导通，第四、第八和第九开关管截止的 工作模态化011;
[0068] 第一、第二、第=、第四、第六和第八开关管导通，第五、第屯和第九开关管截止的 工作模态化101W及
[0069] 第一、第二、第=、第屯、第八和第九开关管导通，第四、第五和第六开关管截止的 工作模态Um。
[0070] 如图6所示，为所述九开关变换器的组合1的电压空间矢量图。
[OOW 组合2为：
[0072] 第一、第二、第六、第屯、第八和第九开关管导通，第=、第四和第五开关管截止的 工作模态Uaiio;
[0073] 第二、第=、第四、第屯、第八和第九开关管导通，第一、第五和第六开关管截止的 工作模态UaOll;
[0074] 第一、第=、第五、第屯、第八和第九开关管导通，第二、第四和第六开关管截止的 工作模态Uaioi;
[0075] 第一、第二、第=、第四、第八和第九开关管导通，第五、第六和第屯开关管截止的 工作模态化100;
[0076] 第一、第二、第=、第五、第屯和第九开关管导通，第四、第六和第八开关管截止的 工作模态化010;
[0077] 第一、第二、第=、第六、第屯和第八开关管导通，第四、第五和第九开关管截止的 工作模态化001;
[0078] 第四、第五、第六开关管导通，第一、第二、第=、第屯、第八和第九开关管截止的工 作模态Uooo。
[0079] 如图7所示，为所述九开关变换器的组合2的电压空间矢量图。
[0080] S200、计算获得选出的控制矢量的工作时间。具体的，W输出电压矢量由工作模态 Uall0、Ua011合成为例，各模态工作时间由11如讯。=1]311讯11日+1]3日1亂日11确定，其中1311日是工作 模态UallO的工作时间，TaOll是工作模态UaOll的工作时间，Tsu是一个九开关变换器上逆变器在 一个周期内工作的时间。
[0081 ]若九开关变换器上逆变器的输出电压矢量由工作模态Uall0、Ual01合成时，则各模态 工作时间由UrefuTsu = UalioTall州alOlTalOl确定。若九开关变换器上逆变器输出电压矢量由工 作模态Ua011、Ual01合成，则各模态工作时间由UrefuTsu = Ua01lTa011+Ual0lTal01确定。
[0082] S300、确定所述控制矢量的工作顺序从而输出所述预定输出电压矢量。其中，上逆 变器与下逆变器的控制矢量交替工作。在本发明的具体实施例中，最终输出的输出电压如 图5所示。
[0083] 如图3所示，传统SVPWM控制为一般是将上下逆变器分成两段区域进行控制，即在 一个载波周期中，前半个周期控制上逆变器工作，后半个载波周期控制下逆变器工作。而W 采用上述组合1所述的7个工作模态(控制矢量)进行交错控制时，在一个载波周期内，如图4 所示，上下逆变器上述交替工作，可W降低系统等待时间。
[0084] 较佳的，在步骤S300中，在满足上逆变器与下逆变器的控制矢量交替工作的前提 下，选择使用开关频率最低的工作顺序。亦即是，通过适当的设计各电路模态的切换顺序， 选择器件开关频率最低的方式。上述工作顺序设置，可W降低器件开关频率的同时使得上、 下逆变器交替工作，降低系统等待时间。
[0085] 同时，为降低电路中功率管的开关频率并消除电路模态切换过程中产生的电压尖 峰，最少模态切换控制策略在奇数载波周期与偶数载波周期中采用开关序列反转设计，若 上逆变器与下逆变器的输出相位固定则可W进一步减少开关频率，使得功率管的开关频率 减少至传统SVPWM控制的S分之一。
[0086] 具体的，在使用组合1的7个控制矢量时，其可能的工作顺序包括：
[0087] 化 ICn-UaOlO-化 1 广化 IlO-UaOOl 或者化 ll〇-Ua(Xn-Ull 广化OU-UalO日或者
[008引 化OU-UalOO-化1广化ICn-UaOl日或者UaO日广化Iio-Ull广UaOlO-化1日1或者
[0089] Uaio〇-Ub〇n-Uin-Ua〇(n-Ubiio 或者UaOiO-Ubicn-Um-Uaiocn-UbOii
[0090] 与上述可能的工作顺序相对应的偶数载波周期的开关序列（即工作顺序)情况如 下表所示： 「00911
[OOW] 而在使用组合2的7个控制矢量时，其可能的工作顺序包括:Uaioi-Uboio-Uooo-Uaiio- 化 OOl 或者 UallO-UbOO 广 Uooo-Uaon-Ubloo 或者 Ua〇n-UblO〇-U〇0〇-UalO 广化 OlO 或者化 OO 广 Uall〇-U〇0〇-Ub01〇- Uaioi 或者化 lOO-UaOn-Uooo-Uboo 广 Ualio 或者化 OlO-UalO 广 Uooo-Ubioo 广 UaOll
[0093] 与上述可能的工作顺序相对应的奇数载波周期的开关序列（即工作顺序)情况如 下表所示：
[0094]
[0095] 根据上述两个实施例，本发明所述九开关变换器的交错控制方法使用6个非零电 压矢量W及一个零电压矢量进行矢量合成，同时采用了切换序列反转控制，例如，在一个载 波周期内，考虑VrefU在扇区H和扇区III ,VrrfL在扇区V和扇区VI的情况，此时，对于上部分逆 变器，在奇数载波周期时，切换序列设计为UallG-UoGG-Uam，而在偶数载波周期时候，切换序 列设计为Uaoil-Uooo-Ualio,同样的，对于下部分逆变器，在奇数载波周期时候切换序列设计为 UbOO广Uooo-Ubi日日，而在偶数载波周期时候切换序列设计为Ubioo-U日日日-化日日1。在此开关序列下， 每个载波周期中开关管只需开关4次，相比传统SVPWM控制，极大限度的减少了开关频率。
[0096] 在本发明的具体实施例中，步骤Sioo具体包括：
[0097] 首先，根据所述预定的输出电压矢量的幅值和相角，确定预定的输出电压矢量所 在的工作扇区。然后，根据所述工作扇区，选出对应的电压空间矢量作为控制矢量，合成所 述输出电压矢量(如图1所示，屯个电压空间矢量分别对应6个不同的扇区）。
[0098] 具体可W通过如下算式计算确定预定的输出电压矢量所在的工作扇区：
[0099]
[0100]其中，Uref为输出电压矢量，Ua和化分别表不输出电压矢量在静止坐标a-0两相坐标 轴上的分量，不同N值表示对应的工作扇区。
[0101]可W理解的是，对本领域普通技术人员来说，可W根据本发明的技术方案及本发 明构思加 W等同替换或改变，而所有运些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保 护范围。
【主权项】
1. 一种九开关变换器的交错控制方法，所述九开关变换器包括上逆变器和下逆变器， 其特征在于，包括如下步骤： A、 根据九开关变换器的预定输出电压矢量，从九开关变换器的若干电压空间矢量中选 出合成所述输出电压矢量所需要的七个电压空间矢量作为控制矢量； B、 计算获得选出的控制矢量的工作时间； C、 确定所述控制矢量的工作顺序从而输出所述预定输出电压矢量； 其中，上逆变器与下逆变器的控制矢量交替工作。2. 根据权利要求1所述的九开关变换器的交错控制方法，其特征在于，在步骤C中，在满 足上逆变器与下逆变器的控制矢量交替工作的前提下，选择使用开关频率最低的工作顺 序。3. 根据权利要求1所述的九开关变换器的交错控制方法，其特征在于，所述九开关变换 器包括第一至第九九个开关管，构成上逆变器和下逆变器。4. 根据权利要求3所述的九开关变换器的交错控制方法，其特征在于，所述七个控制矢 量为第一至第七工作模态： 其中，第一工作模态为第一、第五、第六、第七、第八和第九开关管导通，第二、第三和第 四开关管截止； 第二工作模态为第二、第四、第六、第七、第八和第九开关管导通，第一、第三和第五开 关管截止； 第三工作模态为第三、第四、第五、第七、第八和第九开关管导通，第一、第二和第六开 关管截止； 第四工作模态为第一、第二、第三、第四、第五和第九开关管导通，第六、第七和第八开 关管截止； 第五工作模态为第一、第二、第三、第五、第六和第七开关管导通，第四、第八和第九开 关管截止； 第六工作模态为第一、第二、第三、第四、第六和第八开关管导通，第五、第七和第九开 关管截止； 第七工作模态为第一、第二、第三、第七、第八和第九开关管导通，第四、第五和第六开 关管截止。5. 根据权利要求4所述的九开关变换器的交错控制方法，其特征在于，所述工作顺序依 次为： 第六工作模态，第二工作模态，第七工作模态，第四工作模态以及第三工作模态;或者 第四工作模态，第三工作模态，第七工作模态，第五工作模态以及第一工作模态;或者 第五工作模态，第一工作模态，第七工作模态，第六工作模态以及第二工作模态;或者 第三工作模态，第四工作模态，第七工作模态，第二工作模态以及第六工作模态;或者 第一工作模态，第五工作模态，第七工作模态，第三工作模态以及第四工作模态;或者 第二工作模态，第六工作模态，第七工作模态，第三工作模态以及第五工作模态。6. 根据权利要求3所述的九开关变换器的交错控制方法，其特征在于，所述七个控制矢 量为第一至第七工作模态； 其中，第一工作模态为第一、第二、第六、第七、第八和第九开关管导通，第三、第四和第 五开关管截止； 第二工作模态为第二、第三、第四、第七、第八和第九开关管导通，第一、第五和第六开 关管截止； 第三工作模态为第一、第三、第五、第七、第八和第九开关管导通，第二、第四和第六开 关管截止； 第四工作模态为第一、第二、第三、第四、第八和第九开关管导通，第五、第六和第七开 关管截止； 第五工作模态为第一、第二、第三、第五、第七和第九开关管导通，第四、第六和第八开 关管截止； 第六工作模态为第一、第二、第三、第六、第七和第八开关管导通，第四、第五和第九开 关管截止； 第七工作模态为第四、第五、第六开关管导通，第一、第二、第三、第七、第八和第九开关 管截止。7. 根据权利要求3所述的九开关变换器的交错控制方法，其特征在于，所述工作顺序依 次为： 第三工作模态，第五工作模态，第七工作模态，第一工作模态以及第六工作模态;或者 第一工作模态，第六工作模态，第七工作模态，第二工作模态以及第四工作模态;或者 第二工作模态，第四工作模态，第七工作模态，第三工作模态以及第五工作模态;或者 第六工作模态，第一工作模态，第七工作模态，第五工作模态以及第三工作模态;或者 第四工作模态，第二工作模态，第七工作模态，第六工作模态以及第一工作模态;或者 第五工作模态，第三工作模态，第七工作模态，第六工作模态以及第二工作模态。8. 根据权利要求1所述的九开关变换器的交错控制方法，其特征在于，所述步骤A具体 包括： 根据所述预定的输出电压矢量的幅值和相角，确定预定的输出电压矢量所在的工作扇 区； 根据所述工作扇区，选出对应的电压空间矢量作为控制矢量。
【文档编号】H02M7/5387GK105939129SQ201610375605
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年7月27日
【发明人】李湘峰, 屈莉莉
【申请人】佛山科学技术学院