專利名稱：一種五電平變頻器控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種五電平變頻器控制方法，屬于五電平變頻器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代控制理論的不斷發(fā)展，多電平變頻器正成為功率電源、電機(jī)驅(qū)動(dòng)和電力系統(tǒng)變流等應(yīng)用領(lǐng)域中最熱門(mén)的研究方向之一。多電平變頻器輸出電平數(shù)增多，有利于實(shí)現(xiàn)輸出電壓波形的正弦化，減少諧波分量，降低du/dt和di/ dt，從而提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。
實(shí)現(xiàn)變頻器輸出波形正弦化的脈寬調(diào)制(PWM)控制算法是變頻器系統(tǒng)控制的核心算法之一。常用的PWM算法有特定諧波消除法(SHEPWM),滯環(huán)電流控制法(CFPWM)、載波調(diào)制法以及電壓空間矢量(SVPWM)等。SVPWM以其較高的直流電壓利用率、低開(kāi)關(guān)頻率等優(yōu)勢(shì)成為如今變頻器主要采用的控制算法。但采用傳統(tǒng)控制算法，多電平的SVPWM計(jì)算量隨著電平數(shù)的增多急劇增大，很難應(yīng)用在多電平變頻器設(shè)備上，這也限制了多電平變頻器的發(fā)展。發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種五電平變頻器控制方法，該控制方法能將五電平變頻器控制方法進(jìn)行簡(jiǎn)化，同時(shí)利用冗余開(kāi)關(guān)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)中點(diǎn)電位的平衡控制，為實(shí)現(xiàn)更高電平數(shù)的變頻器的電壓空間矢量脈寬調(diào)制算法的控制提供一種新的方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種五電平變頻器，包括三相交流電源、交流電抗器、五電平整流裝置、五電平逆變裝置、電動(dòng)機(jī)、電壓傳感器、電流傳感器、 AD轉(zhuǎn)換芯片和數(shù)字處理器，三相交流電源通過(guò)交流電抗器與五電平整流裝置的輸入端連接，五電平整流裝置的輸出端與五電平逆變裝置連接，五電平逆變裝置與電動(dòng)機(jī)連接，電動(dòng)機(jī)分別與電壓傳感器和電流傳感器連接，且電壓傳感器和電流傳感器通過(guò)AD轉(zhuǎn)換芯片與數(shù)字處理器連接，數(shù)字處理器與五電平整流裝置、五電平逆變裝置和另一個(gè)AD轉(zhuǎn)換芯片連接。
基于上述變頻器，其控制方法的步驟如下
(I)、將空間矢量從傳統(tǒng)的三相坐標(biāo)系進(jìn)行坐標(biāo)變換；
(2)、根據(jù)參考矢量終點(diǎn)坐標(biāo)的值確定所在三角形三個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)值，即三個(gè)基本矢量的坐標(biāo)，再計(jì)算三個(gè)頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的作用時(shí)間；
(3)、根據(jù)已確定三個(gè)基本矢量，確定每個(gè)矢量對(duì)應(yīng)的所有不同的開(kāi)關(guān)狀態(tài)；
(4)、定義一個(gè)采樣周期內(nèi)順序輸出的開(kāi)關(guān)狀態(tài)為輸出開(kāi)關(guān)序列，則三個(gè)矢量的全部冗余開(kāi)關(guān)狀態(tài)可以組成若干組輸出開(kāi)關(guān)序列，通過(guò)選擇不同的開(kāi)關(guān)序列，實(shí)現(xiàn)不同的控制目標(biāo)；
(5)、根據(jù)計(jì)算所得的作用時(shí)間和所選擇的開(kāi)關(guān)序列生成變頻器控制脈沖。
本發(fā)明的有益效果是該控制方法只需經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的坐標(biāo)變換，確定所在三角形三個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)值，再計(jì)算三個(gè)頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的作用時(shí)間；確定每個(gè)矢量對(duì)應(yīng)的所有不同的開(kāi)關(guān)狀態(tài)；定義輸出開(kāi)關(guān)序列，實(shí)現(xiàn)不同的控制目標(biāo)；就可生成變頻器控制脈沖，簡(jiǎn)化了現(xiàn)有五電平變頻器的控制方法，同時(shí)利用冗余開(kāi)關(guān)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)中點(diǎn)電位的平衡控制，為實(shí)現(xiàn)更高電平數(shù)的變頻器的電壓空間矢量脈寬調(diào)制算法的控制提供了一種新的方法。


圖I是本發(fā)明五電平變頻器的控制示意圖2是本發(fā)明五電平變頻器控制方法的流程圖3是平面上的二種坐標(biāo)系；
圖4為虛坐標(biāo)系下的五電平空間矢量圖5為參考電壓矢量對(duì)應(yīng)的一類(lèi)小三角形；
圖6為參考電壓矢量對(duì)應(yīng)的另一類(lèi)小三角形。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
如圖I所示，一種五電平變頻器，包括三相交流電源、交流電抗器、五電平整流裝置、五電平逆變裝置、電動(dòng)機(jī)、電壓傳感器、電流傳感器、AD轉(zhuǎn)換芯片和數(shù)字處理器，三相交流電源通過(guò)交流電抗器與五電平整流裝置的輸入端連接，五電平整流裝置的輸出端與五電平逆變裝置連接，五電平逆變裝置與電動(dòng)機(jī)連接，電動(dòng)機(jī)分別與電壓傳感器和電流傳感器連接，且電壓傳感器和電流傳感器通過(guò)AD轉(zhuǎn)換芯片與數(shù)字處理器連接，數(shù)字處理器與五電平整流裝置、五電平逆變裝置和另一個(gè)AD轉(zhuǎn)換芯片連接。
如圖2所示，該五電平變頻器的控制方法的步驟如下
(I)、將空間矢量從傳統(tǒng)的三相坐標(biāo)系進(jìn)行坐標(biāo)變換；
(2)、根據(jù)參考矢量終點(diǎn)坐標(biāo)的值確定所在三角形三個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)值，即三個(gè)基本矢量的坐標(biāo)，再計(jì)算三個(gè)頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的作用時(shí)間；
(3)、根據(jù)已確定三個(gè)基本矢量，確定每個(gè)矢量對(duì)應(yīng)的所有不同的開(kāi)關(guān)狀態(tài)；
(4)、定義一個(gè)采樣周期內(nèi)順序輸出的開(kāi)關(guān)狀態(tài)為輸出開(kāi)關(guān)序列，則三個(gè)矢量的全部冗余開(kāi)關(guān)狀態(tài)可以組成若干組輸出開(kāi)關(guān)序列，通過(guò)選擇不同的開(kāi)關(guān)序列，實(shí)現(xiàn)不同的控制目標(biāo)；
(5)、根據(jù)計(jì)算所得的作用時(shí)間和所選擇的開(kāi)關(guān)序列生成變頻器控制脈沖。
下面是對(duì)關(guān)鍵步驟的詳細(xì)說(shuō)明
(I)坐標(biāo)變換的原理新坐標(biāo)系是在傳統(tǒng)坐標(biāo)系逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°得到,旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)系用Vja, Vjb, Vjc表示，如圖3所示。若用Vja, Vjb, Vjc和Va，Vb, Vc分別代表ja-jb-jc 和a-b-c坐標(biāo)系下的變量，則從a-b-c坐標(biāo)系到j(luò)a-jb-jc新坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系為
權(quán)利要求
1.一種五電平變頻器控制方法，其特征在于，控制方法的具體步驟是(1)、將空間矢量從傳統(tǒng)的三相坐標(biāo)系進(jìn)行坐標(biāo)變換；(2)、根據(jù)參考矢量終點(diǎn)坐標(biāo)的值確定所在三角形三個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)值，即三個(gè)基本矢量的坐標(biāo)，再計(jì)算三個(gè)頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的作用時(shí)間；(3)、根據(jù)已確定三個(gè)基本矢量，確定每個(gè)矢量對(duì)應(yīng)的所有不同的開(kāi)關(guān)狀態(tài)；(4)、定義一個(gè)采樣周期內(nèi)順序輸出的開(kāi)關(guān)狀態(tài)為輸出開(kāi)關(guān)序列，則三個(gè)矢量的全部冗余開(kāi)關(guān)狀態(tài)可以組成若干組輸出開(kāi)關(guān)序列，通過(guò)選擇不同的開(kāi)關(guān)序列，實(shí)現(xiàn)不同的控制目標(biāo)；(5)、根據(jù)計(jì)算所得的作用時(shí)間和所選擇的開(kāi)關(guān)序列生成變頻器控制脈沖。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種五電平變頻器的控制方法，其特征在于，所述的步驟(I) 中的坐標(biāo)變換，其變換規(guī)律如下新坐標(biāo)系是在傳統(tǒng)坐標(biāo)系逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°得到，旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)系用Vja, Vjb, Vjc表示，若用Vja, Vjb, Vjc和Va, Vb, Vc分別代表ja_jb_jc和a_b_c坐標(biāo)系下的變量,則從a_b_c 坐標(biāo)系到j(luò)a-jb-jc新坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系為
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種五電平變頻器的控制方法，其特征在于，所述的步驟(2):通過(guò)新坐標(biāo)變換,在ja-jb-jc坐標(biāo)系下,根據(jù)參考矢量確定合成矢量的坐標(biāo)和對(duì)應(yīng)作用時(shí)間；在多電平變換器中，為了防止輸出電壓有過(guò)高的跳變，一般選擇與參考矢量最近的三個(gè)基本矢量來(lái)合成，即其終點(diǎn)所在小三角形的三個(gè)頂點(diǎn)；在一個(gè)采樣周期內(nèi)，通過(guò)對(duì)新坐標(biāo)系下的三相參考電壓值進(jìn)行取整和取其小數(shù)部分，根據(jù)空間矢量合成的伏秒平衡原理， 首先由參考矢量終點(diǎn)坐標(biāo)值確定所在的三個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)值，再計(jì)算三個(gè)頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的作用時(shí)間，即占空比。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種五電平變頻器的控制方法，其特征在于，所述的確定小三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，對(duì)于η電平變換器，設(shè)某一參考矢量所在的小三角形的三個(gè)頂點(diǎn)為ΡΑ、 PB、PC，則空間矢量圖中的小三角形可能有正三角形和倒三角形兩種情況；下面確定不同情況下三個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)，首先，對(duì)參考矢量坐標(biāo)Vrja, Vrjb, Vrjc取整,可得
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種五電平變頻器的控制方法，其特征在于，所述的計(jì)算占空比是根據(jù)伏秒平衡原理，用三角形三個(gè)頂點(diǎn)代表的矢量合成目標(biāo)矢量，設(shè)三個(gè)矢量的占空比分別為dPA，dPB，drc，可以得到dpA_hPAdpB_hPB(5 );dpc_hPC其中hPA，hPB，hPC是參考矢量終點(diǎn)到周?chē)l邊的距尚，可以有
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種五電平變頻器的控制方法，其特征在于，所述的確定基本矢量的全部冗余開(kāi)關(guān)狀態(tài)的具體方法是設(shè)在新坐標(biāo)系下，基本矢量的坐標(biāo)為Vs (Vsia, Vsib, Vsi。),該矢量對(duì)應(yīng)的輸出開(kāi)關(guān)狀態(tài)表示為(Vsa，Vsb, vs。)，由式(I)可得
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種五電平變頻器的控制方法，其特征在于，所述的不同開(kāi)關(guān)序列的選擇，通過(guò)計(jì)算不同冗余開(kāi)關(guān)狀態(tài)對(duì)中點(diǎn)電位的影響選擇合適的冗余開(kāi)關(guān)狀態(tài)， 從而達(dá)到控制中點(diǎn)電位平衡的目的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的五電平變頻器控制方法，其特征在于，所述的輸出變頻器的控制脈沖是根據(jù)計(jì)算所得的作用時(shí)間和所選擇的開(kāi)關(guān)序列生成變頻器的控制脈沖。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種五電平變頻器控制方法，屬于五電平變頻器領(lǐng)域，該控制方法為坐標(biāo)變換，確定所在三角形三個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)值，再計(jì)算三個(gè)頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的作用時(shí)間；確定每個(gè)矢量對(duì)應(yīng)的所有不同的開(kāi)關(guān)狀態(tài)；定義輸出開(kāi)關(guān)序列，實(shí)現(xiàn)不同的控制目標(biāo)；生成變頻器控制脈沖。有益效果是該裝置能實(shí)現(xiàn)五電平變頻器的功能，該控制方法能將五電平變頻器控制方法進(jìn)行簡(jiǎn)化，同時(shí)利用冗余開(kāi)關(guān)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)中點(diǎn)電位的平衡控制，為實(shí)現(xiàn)更高電平數(shù)的變頻器的電壓空間矢量脈寬調(diào)制算法的控制提供了一種新的方法。
文檔編號(hào)H02M5/44GK102938615SQ20121045735
公開(kāi)日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月15日
發(fā)明者譚國(guó)俊, 何鳳有, 劉戰(zhàn), 李 浩 申請(qǐng)人:徐州中礦大傳動(dòng)與自動(dòng)化有限公司