一種中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器中點(diǎn)電壓控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器中點(diǎn)電壓控制方法，將復(fù)平面分為六個扇區(qū)，在每個扇區(qū)內(nèi)，利用距離空間矢量最近的三個基本矢量等效合成空間矢量，根據(jù)伏秒平衡原理計(jì)算出基本矢量的作用時間；對第一小矢量和第二小矢量對應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)分配作用時間因子k，利用k實(shí)現(xiàn)中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器中點(diǎn)電壓平衡；然后判斷k的取值是否滿足0≤k≤1，如果k不滿足0≤k≤1，將中矢量的作用時間乘以一個比例因子dm，重新計(jì)算k，如果k仍然超出范圍，將中矢量的作用時間再次乘以一個dm直到k的取值滿足0≤k≤1；最后確定每個扇區(qū)內(nèi)各個開關(guān)狀態(tài)的作用時間。本發(fā)明能夠在保持空間矢量圖不變的情況下實(shí)現(xiàn)中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器中點(diǎn)電壓平衡的方法。
【專利說明】-種中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器中點(diǎn)電壓控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及驅(qū)動電機(jī)的功率變換器領(lǐng)域，特別涉及中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器中點(diǎn) 電壓控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在中高功率場合，多電平逆變器由于開關(guān)器件承受的電壓低、等效開關(guān)頻率高、輸 出諧波含量少等優(yōu)點(diǎn)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器是多電平逆變器 的一種，它只需要一個直流電壓源，對硬件的要求低。
[0003] 中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器存在一個固有的缺點(diǎn)，即中點(diǎn)電壓不平衡問題。目前常 用的控制中點(diǎn)電壓平衡的方法是在NTV (Nearest Three Vectors)調(diào)制中利用利用小矢 量對應(yīng)的冗余開關(guān)狀態(tài)的時間分配來控制中點(diǎn)電壓平衡，以及利用NTV2 (Nearest Three Virtual Vectors)控制中點(diǎn)電壓平衡。前者由于冗余開關(guān)狀態(tài)的調(diào)節(jié)能力有限，在高調(diào)制 度和低功率因數(shù)條件下，中點(diǎn)電壓不能得到有效控制；后者雖然在任意調(diào)制度和任意功率 因數(shù)條件下可以控制中點(diǎn)電壓平衡，但是對空間矢量圖進(jìn)行了重新劃分，使得判斷條件變 得復(fù)雜，同時也增加了開關(guān)頻率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明提出了一種能夠在保持空間矢量圖不變的 情況下實(shí)現(xiàn)中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器中點(diǎn)電壓平衡的方法，本發(fā)明通過將中矢量VM的作 用時間乘以一個大于0小于1的比例因子，同時將中矢量作用時間的剩余部分平均分配給 第一大矢量VL1和第二大矢量VL2,使得中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器中點(diǎn)電壓達(dá)到平衡狀態(tài)， 即中點(diǎn)電壓無波動狀態(tài)。
[0005] 本發(fā)明通過下述方法實(shí)現(xiàn)上述目的。
[0006] -種中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器中點(diǎn)電壓控制方法，其包括如下步驟：第一步，將 復(fù)平面上逆時針順序〇° -60扇區(qū)定義為第一扇區(qū)，60° -120°扇區(qū)定義為第二扇區(qū)， 120° -180°扇區(qū)定義為第三扇區(qū)，180° -240°扇區(qū)定義為第四扇區(qū)，240° -300°扇區(qū) 定義為第五扇區(qū)，300° -360°扇區(qū)定義為第六扇區(qū)；第二步，在第一扇區(qū)內(nèi)，利用距離空 間矢量最近的三個基本矢量等效合成空間矢量，根據(jù)伏秒平衡原理計(jì)算出基本矢量的作 用時間占空比；第三步，在第一扇區(qū)內(nèi)，對第一小矢量和第二小矢量對應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)分配 作用時間因子k，利用作用時間因子k實(shí)現(xiàn)中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器中點(diǎn)電壓無波動；第 四步，判斷第三步計(jì)算出來的k的取值是否滿足0 < k < 1，如果不滿足，將中矢量的作用 時間占空比乘以一個比例因子七dm為大于0小于1的常數(shù)，重新計(jì)算k，如果k仍然不滿 足0 < k < 1，將中矢量的作用時間占空比再次乘以一個比例因子dm直到k的取值滿足 1，實(shí)現(xiàn)中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器中點(diǎn)電壓無波動，最終的比例因子為Λ，η為自 然數(shù)；第五步，確定第一扇區(qū)內(nèi)各個開關(guān)狀態(tài)的作用時間；第六步，采用第二步至第五步的 方法對其他5個扇區(qū)進(jìn)行同樣的操作，確定其他五個扇區(qū)各個開關(guān)狀態(tài)的作用時間。
[0007] 進(jìn)一步的，所述空間矢量是指給定a、b、c三相電壓

【權(quán)利要求】
1. 一種中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器中點(diǎn)電壓控制方法，其特征在于包括如下步驟：第一 步，將復(fù)平面上逆時針順序0° -60扇區(qū)定義為第一扇區(qū)，60° -120°扇區(qū)定義為第二扇 區(qū)，120° -180°扇區(qū)定義為第三扇區(qū)，180° -240°扇區(qū)定義為第四扇區(qū)，240° -300° 扇區(qū)定義為第五扇區(qū)，300° -360°扇區(qū)定義為第六扇區(qū)；第二步，在第一扇區(qū)內(nèi)，利用距 離空間矢量最近的三個基本矢量等效合成空間矢量，根據(jù)伏秒平衡原理計(jì)算出基本矢量的 作用時間占空比；第三步，在第一扇區(qū)內(nèi)，對第一小矢量和第二小矢量對應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)分配 作用時間因子k，利用作用時間因子k實(shí)現(xiàn)中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器中點(diǎn)電壓無波動；第 四步，判斷第三步計(jì)算出來的k的取值是否滿足0 < k < 1，如果不滿足，將中矢量的作用 時間占空比乘以一個比例因子七dm為大于0小于1的常數(shù)，重新計(jì)算k，如果k仍然不滿 足0 < k < 1，將中矢量的作用時間占空比再次乘以一個比例因子dm直到k的取值滿足 0彡k彡1，實(shí)現(xiàn)中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器中點(diǎn)電壓無波動，最終的比例因子為Λ，η為自 然數(shù)；第五步，確定第一扇區(qū)內(nèi)各個開關(guān)狀態(tài)的作用時間；第六步，采用第二步至第五步的 方法對其他5個扇區(qū)進(jìn)行同樣的操作，確定其他五個扇區(qū)各個開關(guān)狀態(tài)的作用時間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器中點(diǎn)電壓控制方法，其特征 在于，所述空間矢量是指給定a、b、c三相電壓
，
表示幅值，
表示角速度，由a、b、c三相電壓在復(fù)平面確定 三個電壓矢量
，由三個電壓矢量確定空間矢量
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器中點(diǎn)電壓控制方法， 其特征在于，所述基本矢量是指：中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器直流側(cè)電壓為E，每一 相的輸出電壓為E/2、0或者-E/2,中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器三相的輸出電壓V a、 Vb、V。在復(fù)平面上確定三個電壓矢量
由上述三個電壓矢量
確定矢量
，共確定19個不同 的基本矢量〇、

，定義第一扇區(qū)的零矢量為〇、第一小矢量為
、第二小矢量為
中矢量為
、第一大矢量為
、第一大矢量為
，將第一扇區(qū)的零矢量、第一 小矢量、第二小矢量、中矢量、第一大矢量、第二大矢量分別同時乘以
.
即得到第二扇區(qū)、第三扇區(qū)、第四扇區(qū)、第五扇區(qū)、第六扇區(qū)的零矢量、第一小矢 量、第二小矢量、中矢量、第一大矢量、第二大矢量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器中點(diǎn)電壓控制方法，其特征在 于，所述根據(jù)伏秒平衡原理計(jì)算出基本矢量的作用時間占空比是指若距離空間矢量f最近 的三個基本矢量為
，三個基本矢量作用的時間占空比分別為ti、t2、t 3，占空比即 作用時間與采樣周期的比值，則根據(jù)
的取值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器中點(diǎn)電壓控制方法，其特征在 于，所述開關(guān)狀態(tài)指的是中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器在某一時刻三相電壓的輸出狀態(tài)，中點(diǎn) 鉗位型三電平逆變器直流側(cè)電壓為E，每一相的輸出電壓為E/2、0或者-E/2,用數(shù)字2代表 電壓E/2,用數(shù)字1代表電壓0,用數(shù)字0代表電壓-E/2,用連續(xù)的三個數(shù)字代表中點(diǎn)鉗位型 三電平逆變器在某一時刻三相電壓的輸出狀態(tài)，如012代表在某一時刻中點(diǎn)鉗位型三電平 逆變器U、V、W三相分別輸出電壓-E/2、電壓0、電壓E/2。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器中點(diǎn)電壓控制方法，其特征在 于，所述對第一小矢量和第二小矢量對應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)分配作用時間因子k是指：第一小矢 量VS1對應(yīng)兩個開關(guān)狀態(tài)211和100,第二小矢量小矢量VS2對應(yīng)兩個開關(guān)狀態(tài)221和110， 如果規(guī)定流向負(fù)載的電流方向?yàn)檎较颍悬c(diǎn)鉗位型三電平逆變器U、V、W三相輸出電流分 別為i a、ib、i。，開關(guān)狀態(tài)為211時，流向中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器中點(diǎn)的電流為ia，開關(guān)狀 態(tài)為100時，流向中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器中點(diǎn)的電流為-i a，開關(guān)狀態(tài)為221時，流向中點(diǎn) 鉗位型三電平逆變器中點(diǎn)的電流為-i。，開關(guān)狀態(tài)為110作用時，流向中點(diǎn)鉗位型三電平逆 變器中點(diǎn)的電流為i。，開關(guān)狀態(tài)為210作用時，流向中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器中點(diǎn)的電流 為_i b，其余開關(guān)狀態(tài)對中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器中點(diǎn)電壓無影響，如果根據(jù)伏秒平衡原理 計(jì)算出零矢量VZ、第一小矢量VS1、第二小矢量VS2、第一大矢量VL1、中矢量VM、第二大矢量 VL2作用的時間占空比分別為^^^令開關(guān)狀態(tài)100作用的時間占空比為1^2， 令開關(guān)狀態(tài)211作用的時間占空比為（l-k)t 2，令開關(guān)狀態(tài)110作用的時間占空比為kt3，令 開關(guān)狀態(tài)221作用的時間為（l-k)t 3。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器中點(diǎn)電壓控制方法，其特征在 于，所述利用作用時間因子k實(shí)現(xiàn)中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器中點(diǎn)電壓無波動是指：通過作 用時間因子的作用使每一個采樣周期內(nèi)流向中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器中點(diǎn)的平均電流都 為0,從而實(shí)現(xiàn)中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器中點(diǎn)電壓無波動， 當(dāng)空間矢量立于零矢量終點(diǎn)、第一小矢量終點(diǎn)、第二小矢量終點(diǎn)確定的三角形1中， 一個采樣周期內(nèi)流向中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器中點(diǎn)的平均電流為：
當(dāng)空間矢量立于第一小矢量終點(diǎn)、第一大矢量終點(diǎn)、中矢量終點(diǎn)確定的三角形2中， 一個采樣周期內(nèi)流向中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器中點(diǎn)的平均電流為：

當(dāng)空間矢量？位于第一小矢量終點(diǎn)、第二小矢量終點(diǎn)、中矢量終點(diǎn)確定的三角形3中， 一個采樣周期內(nèi)流向中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器中點(diǎn)的平均電流為：
當(dāng)空間矢量P位于第二小矢量終點(diǎn)、中矢量終點(diǎn)、第二大矢量終點(diǎn)確定的三角形4中， 一個采樣周期內(nèi)流向中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器中點(diǎn)的平均電流為：
由于采樣周期很短，如果一個采樣周期內(nèi)流向中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器中點(diǎn)的平均電 流為〇,則中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器直流側(cè)中點(diǎn)電壓基本無波動，每一采樣周期內(nèi)均令i = 〇,計(jì)算作用時間因子k。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器中點(diǎn)電壓控制方法，其特征 在于，第四步的具體內(nèi)容是：作用時間因子k只有滿足0 < k < 1才有實(shí)際意義，所述的一 個采樣周期內(nèi)流向中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器的中點(diǎn)的平均電流i的表達(dá)式分為含有作用 時間因子k的表達(dá)式和不含作用時間因子k的表達(dá)式，當(dāng)0 < k < 1時，含有作用時間因 子k的表達(dá)式取值在一個以0為中心的對稱區(qū)間Q內(nèi)，如果不含作用時間因子k的表達(dá)式 取值也在這個對稱區(qū)間Q內(nèi)，則可以通過改變作用時間因子k的取值使i = 0,從而實(shí)現(xiàn)中 點(diǎn)鉗位型三電平逆變器直流側(cè)中點(diǎn)電壓基本無波動；如果計(jì)算出的作用時間因子k不滿足 0彡k彡1，意味著不含作用時間因子k的表達(dá)式取值不在對稱區(qū)間Q內(nèi)，將t 5換成dmt5，dm 為大于〇小于1的常數(shù)，此時不含作用時間因子k的表達(dá)式取值向?qū)ΨQ區(qū)間Q內(nèi)靠攏，如果 中矢量VM的作用時間占空比乘以比例因子d m后，作用時間因子k仍然不滿足0彡k彡1， 再次將中矢量VM的作用時間占空比乘以比例因子七，如此進(jìn)行，直到作用時間因子k滿足 1，最后將中矢量VM作用時間〖5的剩余部分
分別平均分配給第一大矢量 VL1和第二大矢量VL2，n為自然數(shù)，表示乘以比例因子七的次數(shù)，由于
是一個等比數(shù)列且 數(shù)值趨向于〇,故根據(jù)數(shù)學(xué)知識知道必有一個η使0 < k < 1，即必有一個η使得中點(diǎn)鉗位 型三電平逆變器中點(diǎn)電壓無波動且由于第一大矢量與第二大矢量之和等于兩倍的中矢量。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器中點(diǎn)電壓控制方法，其 特征在于，第五步的具體內(nèi)容是若在一個采樣周期Ts內(nèi)得到零矢量、第一小矢量、第 二小矢量、第一大矢量、中矢量、第二大矢量的作用時間占空比分別為A、t 2、t3、t4、 t5、t6以及作用時間因子k和比例因子
則開關(guān)狀態(tài)000、111、100、211、110、221、 200、210、220的作用時間分別為

【文檔編號】H02M7/487GK104158422SQ201410369855
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月30日
【發(fā)明者】康龍?jiān)? 馮自成 申請人:華南理工大學(xué)