基于60°坐標(biāo)系的三電平逆變器虛擬矢量調(diào)制算法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電力電子運(yùn)用領(lǐng)域，具體涉及一種基于60°坐標(biāo)系的三電平逆變器虛擬矢量調(diào)制算法。該算法經(jīng)Clark/Park坐標(biāo)變換將虛擬空間矢量(VSVPWM)映射到60°坐標(biāo)系下，使得基本矢量坐標(biāo)均為簡(jiǎn)單的代數(shù)坐標(biāo)，根據(jù)直線坐標(biāo)方程邏輯判斷進(jìn)行大小扇區(qū)的判別，利用代數(shù)坐標(biāo)和伏秒平衡原則計(jì)算最近三個(gè)基本矢量的作用時(shí)間，最后設(shè)計(jì)以正小矢量首發(fā)的九段式開(kāi)關(guān)時(shí)序輸出PWM信號(hào)，同時(shí)根據(jù)兩電容差值通過(guò)閉環(huán)PI調(diào)節(jié)冗余小矢量的作用時(shí)間進(jìn)行分別調(diào)整。該方法可省去傳統(tǒng)虛擬空間矢量(VSVPWM)算法中大量的三角函數(shù)和無(wú)理數(shù)運(yùn)算，具有計(jì)算簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性好，容易實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】基于60°坐標(biāo)系的三電平逆變器虛擬矢量調(diào)制算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電子運(yùn)用領(lǐng)域，涉及一種逆變器，具體涉及一種基于60°坐標(biāo)系的三電平逆變器虛擬矢量調(diào)制算法。
【背景技術(shù)】
[0002]與兩電平結(jié)構(gòu)相比，三電平逆變器由于其每個(gè)功率管承受電壓應(yīng)力小，輸出諧波含量大幅降低，功率管開(kāi)關(guān)損耗降低等優(yōu)點(diǎn)，因此三電平拓?fù)湟言谥懈邏航涣鱾鲃?dòng)、電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償和吸收等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]由于逆變器運(yùn)行時(shí)負(fù)載電流通過(guò)各相橋臂在二極管鉗位三電平逆變器中產(chǎn)生了一定的交流電流，此電流流入到直流電容中，從而導(dǎo)致直流母線各電容傳輸功率的不平衡，中性點(diǎn)電位產(chǎn)生交流波動(dòng)。此外，開(kāi)關(guān)器件和直流側(cè)電容特性的不一致，也會(huì)導(dǎo)致電容電壓偏移。電容電壓偏移已成為制約二極管鉗位型三電平拓?fù)鋺?yīng)用的最不利因素。
[0004]盡管可以在兩電容之間加裝Boost和Buck平衡電路或功率補(bǔ)償電路等硬件電路來(lái)抑制中點(diǎn)電位的偏移，但需要額外的硬件投資，在成本和經(jīng)濟(jì)效益上受到很大限制。因此有學(xué)者提出采用一種虛擬中矢量的空間矢量調(diào)制算法，即在一個(gè)采樣周期內(nèi)中點(diǎn)電流代數(shù)和為零，對(duì)中點(diǎn)電位無(wú)影響。且無(wú)論參考電壓矢量位于哪個(gè)扇區(qū)均會(huì)有冗余小矢量有效控制逆變器中點(diǎn)電位，但卻因?yàn)槠渖葏^(qū)判別十分復(fù)雜，基本矢量作用時(shí)間計(jì)算涉及大量三角函數(shù)、無(wú)理數(shù)運(yùn)算及開(kāi)方計(jì)算，不利于系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于解決傳統(tǒng)虛擬空間矢量調(diào)制算法過(guò)于繁瑣，實(shí)時(shí)性不好的問(wèn)題，提出了一種基于60°坐標(biāo)系的三電平逆變器虛擬矢量調(diào)制算法，用以簡(jiǎn)化原有算法，使計(jì)算簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種基于60°坐標(biāo)系的三電平逆變器虛擬矢量調(diào)制算法，算法步驟如下:
[0007](I)坐標(biāo)系變換，將給定的三相靜止坐標(biāo)系由Clark/Park坐標(biāo)變換映射到60°坐標(biāo)系中；
[0008](2)確定參考電壓矢量大扇區(qū)位置，在60°坐標(biāo)系下虛擬空間電壓矢量圖中對(duì)參考電壓矢量進(jìn)行大扇區(qū)判別；
[0009](3)將II，111，IV，V，VI各扇區(qū)置換至IJ I扇區(qū);
[0010](4) I扇區(qū)中的5個(gè)小扇區(qū)位置判別；
[0011](5)計(jì)算最近三個(gè)基本矢量的作用時(shí)間；
[0012](6)基本矢量作用時(shí)間分配；
[0013](7)矢量開(kāi)關(guān)狀態(tài)選擇；
[0014](8) 12路PWM信號(hào)輸出。
[0015]進(jìn)一步地，所述虛擬矢量調(diào)制算法是以合成中矢量為前提，即在一個(gè)采樣周期內(nèi)中性點(diǎn)電流平均值為零。
[0016]進(jìn)一步地，上述步驟(4)中的參考矢量在擴(kuò)大了 3倍的60°坐標(biāo)系下對(duì)UVa =
3,Vrg+Vrh/2 = 3,Vrg/2+Vrh = 3這三個(gè)方程式邏輯判斷完成對(duì)小扇區(qū)的判別。
[0017]進(jìn)一步地，上述步驟(6)中的最近三個(gè)基本矢量的作用時(shí)序是以扇區(qū)1、II正小矢量VPP0，扇區(qū)II1、IV正小矢量V0PP，扇區(qū)V、VI正小矢量VPOP為首發(fā)的九段式開(kāi)關(guān)順序，且九段式排序時(shí)從一種開(kāi)關(guān)狀態(tài)切換到另一種開(kāi)關(guān)狀態(tài)的過(guò)程中，僅涉及逆變器的一相橋臂。
[0018]進(jìn)一步地，上述步驟(5)和步驟(6)中通過(guò)PI調(diào)節(jié)器根據(jù)工作時(shí)采樣的直流側(cè)上，下電容差值作PI調(diào)節(jié)，產(chǎn)生時(shí)間調(diào)節(jié)因子kl、k2分別對(duì)小矢量Vl、V2的作用時(shí)間進(jìn)行重新分配，實(shí)現(xiàn)對(duì)中點(diǎn)電位的控制。
[0019]與傳統(tǒng)虛擬空間矢量調(diào)制算法相比，本發(fā)明提出的一種基于60°坐標(biāo)系的三電平逆變器虛擬矢量調(diào)制算法計(jì)算簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了中點(diǎn)電位的平衡。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1本發(fā)明提出的三電平NPC型逆變器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0021 ]圖2本發(fā)明提出的三電平NPC型逆變器內(nèi)部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
[0022]圖3本發(fā)明提出的算法實(shí)現(xiàn)的流程圖。
[0023]圖4本發(fā)明提出的60°坐標(biāo)系下虛擬空間電壓矢量圖。
[0024]圖5本發(fā)明提出的60°坐標(biāo)系擴(kuò)大3倍的矢量坐標(biāo)圖。
[0025]圖6本發(fā)明提出的60°坐標(biāo)系下第I扇區(qū)虛擬空間電壓矢量圖。
[0026]圖7本發(fā)明參考電壓矢量在I扇區(qū)C小扇區(qū)矢量作用順序圖。
[0027]圖8本發(fā)明算法仿真輸出線電壓及電容中點(diǎn)電壓效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0029]圖1是發(fā)明提出的三電平NPC型逆變器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，實(shí)現(xiàn)基于60°坐標(biāo)系的三電平逆變器虛擬矢量調(diào)制算法的系統(tǒng)包括坐標(biāo)變換模塊、扇區(qū)判別置換模塊、作用時(shí)間次序模塊、開(kāi)關(guān)狀態(tài)解碼模塊、電壓偏差采集模塊、PI偏差調(diào)節(jié)模塊和三電平逆變器。
[0030]圖2是本發(fā)明提出的三電平NPC型逆變器內(nèi)部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，NPC型三電平逆變器共有12個(gè)IGBT開(kāi)關(guān)管，分別組成三相橋臂，每相橋臂有兩個(gè)二極管對(duì)電壓進(jìn)行鉗位，直流側(cè)兩個(gè)直流電容給出了中性點(diǎn)N。
[0031]圖3是本發(fā)明提出的一種實(shí)現(xiàn)基于60°坐標(biāo)系的三電平逆變器虛擬矢量調(diào)制算法的流程圖，具體實(shí)施步驟如下:
[0032](I)坐標(biāo)系變換。對(duì)于給定的三相靜止坐標(biāo)系由Clark/Park坐標(biāo)變換公式映射到60°坐標(biāo)系中，具體變換公式為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于60°坐標(biāo)系的三電平逆變器虛擬矢量調(diào)制算法，其特征在于，算法步驟如下:(I)坐標(biāo)系變換，將給定的三相靜止坐標(biāo)系由Clark/Park坐標(biāo)變換映射到60°坐標(biāo)系中； (2 )確定參考電壓矢量大扇區(qū)位置，在60 °坐標(biāo)系下虛擬空間電壓矢量圖中對(duì)參考電壓矢量進(jìn)行大扇區(qū)判別； (3)將II，111，IV，V，VI各扇區(qū)置換到I扇區(qū)； (4)I扇區(qū)中的5個(gè)小扇區(qū)位置判別； (5)計(jì)算最近三個(gè)基本矢量的作用時(shí)間； (6)基本矢量作用時(shí)間分配； (7)矢量開(kāi)關(guān)狀態(tài)選擇； (8)12路PWM信號(hào)輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的基于60°坐標(biāo)系的三電平逆變器虛擬矢量調(diào)制算法，其特征在于:虛擬矢量調(diào)制算法是以合成中矢量為前提，即在一個(gè)采樣周期內(nèi)中性點(diǎn)電流平均值為零。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于60°坐標(biāo)系的三電平逆變器虛擬矢量調(diào)制算法，其特征在于:所述步驟(4)中的參考矢量在擴(kuò)大了 3倍的60°坐標(biāo)系下對(duì)lg+VA = 3,Vrg+Vrh/2=3、Vrg/2+Vrh = 3這三個(gè)方程式邏輯判斷完成對(duì)小扇區(qū)的判別。
4.如權(quán)利要求1所述的基于60°坐標(biāo)系的三電平逆變器虛擬矢量調(diào)制算法，其特征在于:所述步驟(6)中的最近三個(gè)基本矢量的作用時(shí)序是以扇區(qū)1、11正小矢量VPPO，扇區(qū)II1、IV正小矢量VOPP，扇區(qū)V、VI正小矢量VPOP為首發(fā)的九段式開(kāi)關(guān)順序，且九段式排序時(shí)從一種開(kāi)關(guān)狀態(tài)切換到另一種開(kāi)關(guān)狀態(tài)的過(guò)程中，僅涉及逆變器的一相橋臂。
5.如權(quán)利要求1所述的基于60°坐標(biāo)系的三電平逆變器虛擬矢量調(diào)制算法，其特征在于:所述步驟(5)和步驟(6)中通過(guò)PI調(diào)節(jié)器根據(jù)工作時(shí)采樣的直流側(cè)上，下電容差值作PI調(diào)節(jié)，產(chǎn)生時(shí)間調(diào)節(jié)因子kl、k2分別對(duì)小矢量V1、V2的作用時(shí)間進(jìn)行重新分配，實(shí)現(xiàn)對(duì)中點(diǎn)電位的控制。
【文檔編號(hào)】H02M7/483GK104022671SQ201410141637
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年4月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月9日
【發(fā)明者】鄭宏, 徐星亮, 呂誠(chéng)陽(yáng), 黃 俊 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)