一種帶反向矢量的二極管鉗位型三電平脈沖整流器的空間矢量調(diào)制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種二極管鉗位型三電平脈沖整流器的空間 矢量調(diào)制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 對(duì)于單相整流器，常用的調(diào)制方法主要有正弦脈寬調(diào)制技術(shù)SPWM和空間矢量脈 寬調(diào)制技術(shù)SVPWM。SPWM方法是將正弦參考信號(hào)與三角載波信號(hào)進(jìn)行比較形成等效的PWM 控制波形以確定整流電路中的各開關(guān)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換方式，簡(jiǎn)單有效；SVPWM方法是根據(jù)整流 器中不同開關(guān)狀態(tài)形成的空間矢量在切換時(shí)形成PWM控制波形，從而逼近所需要的電壓輸 出。因此，在不提高開關(guān)頻率的情況下，使整流器提高了電壓利用率，獲得了更好的動(dòng)態(tài)響 應(yīng)。根據(jù)空間矢量脈寬調(diào)制的實(shí)施方案，任意參考矢量都可以由基本空間矢量進(jìn)行合成。為 了降低開關(guān)頻率和開關(guān)損耗，同時(shí)減少輸出電壓矢量的諧波含量，一般采用與參考矢量相 鄰最近的基本空間矢量來合成，并且在一個(gè)脈沖中，每次工作狀態(tài)切換時(shí)，盡量保證一個(gè)開 關(guān)器件進(jìn)行切換。
[0003] 單相二極管鉗位型三電平脈沖整流器模塊中，根據(jù)開關(guān)器件的導(dǎo)通順序，可得到 九種不同的開關(guān)狀態(tài)，這九種開關(guān)狀態(tài)量在電壓空間矢量調(diào)制策略中將成為合成指令電壓 信號(hào)的矢量。為方便描述，在此將矢量分為五類：
[0004] 零矢量、正小矢量、負(fù)小矢量、正大矢量、負(fù)大矢量。零矢量長(zhǎng)度為0,共計(jì)3個(gè)；正 小矢量長(zhǎng)度為l/2Vdc，共計(jì)2個(gè)；負(fù)小矢量長(zhǎng)度為l/2Vdc，共計(jì)2個(gè)；正大矢量長(zhǎng)度為Vdc， 共計(jì)1個(gè)；負(fù)大矢量長(zhǎng)度為Vdc，共計(jì)1個(gè)。
[0005] 在二極管鉗位型三電平脈沖整流器中存在一個(gè)比較常見的問題：中點(diǎn)電位平衡。 若中點(diǎn)電位不平衡，會(huì)嚴(yán)重影響輸出電壓的波形質(zhì)量，上下電容分壓嚴(yán)重不均時(shí)可能會(huì)對(duì) 功率器件造成損害。研宄分析表明：在單個(gè)模塊中，大矢量和零矢量不會(huì)導(dǎo)致中點(diǎn)電位漂 移，但小矢量出現(xiàn)時(shí)，直流側(cè)電容中點(diǎn)會(huì)被注入或抽取電流，并且成對(duì)的小矢量對(duì)電容電壓 的作用相反。同時(shí)，對(duì)電容作用效果不同的矢量可以稱為冗余矢量，可以通過將其分配到同 一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，并希望通過改變?nèi)哂嚅_關(guān)狀態(tài)作用時(shí)間，來控制中點(diǎn)電位狀態(tài)達(dá)到電容 電壓平衡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服現(xiàn)有二極管鉗位型三電平脈沖整流器的中點(diǎn)電位問題，本發(fā)明提供了一 種不會(huì)影響控制效果，在完成中點(diǎn)電位均衡功能的同時(shí)不會(huì)導(dǎo)致開關(guān)頻率升高的三電平空 間矢量調(diào)制方法。
[0007] 具體實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案為：一種帶反向矢量的二極管鉗位型三電平脈沖整流器的空 間矢量調(diào)制方法，將二極管鉗位型三電平脈沖整流器的A相橋臂和B相橋臂的九種開關(guān)狀 態(tài)所產(chǎn)生電壓矢量分別表示為V^·· V9，將其分為五類W1，^與V 9為零矢量，V 2與V 3為正小 矢量，1與V 7為負(fù)小矢量，V 4與V 8為正大矢量與負(fù)大矢量；在兩個(gè)電容電壓相等時(shí)，同類矢 量參與合成矢量等效，互為冗余矢量；采用包含如下的步驟得到PWM信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)二極管鉗 位電路的電容進(jìn)行均壓：
[0008] (1)根據(jù)整流器控制系統(tǒng)的輸出信號(hào)作為參考電壓合成矢量VMf，將參考信號(hào)的運(yùn) 動(dòng)軌跡均分為I -IV四個(gè)區(qū)間；
[0009] (2)判斷所述參考電壓矢量所在區(qū)間；
[0010] ⑶在每個(gè)區(qū)間內(nèi)選擇兩個(gè)基本矢量；計(jì)算所選擇的兩個(gè)基本矢量的作用時(shí)間生 成調(diào)制波；
[0011] (4)通過調(diào)制波與三角載波調(diào)制得到PWM信號(hào)。
[0012] 所述步驟（2)中的四個(gè)區(qū)間是按照如下方法劃分得到的：參考電壓合成矢量Vref 的運(yùn)動(dòng)軌跡為一條直線，取該直線的一點(diǎn)為參考零點(diǎn)，根據(jù)五類矢量的大小和方向，正矢量 置于正向，負(fù)矢量置于負(fù)向，由此將其總負(fù)向到正向分為I - IV四個(gè)區(qū)間。
[0013] 所述步驟（3)中的選擇兩個(gè)矢量是按照如下方法得到的：選擇參與合成VMf的矢 量時(shí)，在II與III區(qū)內(nèi)通過正小矢量與負(fù)小矢量合成V Mf，在I區(qū)內(nèi)通過正大矢量與負(fù)小矢 量合成，在第IV區(qū)內(nèi)通過負(fù)大矢量與正小矢量合成。
[0014] 整流器工作時(shí)，不同的正小矢量作用時(shí)，將會(huì)對(duì)不同的電容進(jìn)行充電，不同的負(fù)小 矢量作用時(shí)，將會(huì)對(duì)不同電容進(jìn)行放電。零矢量作用時(shí)不會(huì)對(duì)電容進(jìn)行充放電，正大矢量作 用時(shí)將同時(shí)對(duì)兩個(gè)電容進(jìn)行充電，負(fù)大矢量作用時(shí)將會(huì)同時(shí)對(duì)兩個(gè)電容進(jìn)行放電。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0016] 1、本發(fā)明所提供的一種帶反向矢量的二極管鉗位型三電平脈沖整流器的空間矢 量調(diào)制方法。現(xiàn)有控制方法的基本思想是檢測(cè)不平衡電容的電壓差，并根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài) 來補(bǔ)償控制，重新分配導(dǎo)致中點(diǎn)電位不平衡的開關(guān)狀態(tài)的作用時(shí)間，從而解決電容電壓的 平衡問題。本發(fā)明則利用正負(fù)小矢量對(duì)不同電容的作用，選擇冗余正負(fù)小矢量對(duì)二極管鉗 位電路的電容電壓進(jìn)行均壓。同時(shí)，矢量切換時(shí)必須在當(dāng)前矢量不為將被切換矢量，因此該 算法可以維持系統(tǒng)的開關(guān)頻率保持不變。
[0017] 2、本發(fā)明所提供的調(diào)制方法能夠保證，當(dāng)在一個(gè)載波周期內(nèi)出現(xiàn)與電流同相和反 相的兩種不同電壓時(shí)依然可以合成參考電壓矢量，特別地，該整流器作為子單元級(jí)聯(lián)時(shí)能 夠快速地調(diào)整輸出電壓并完成均壓效果。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明所應(yīng)用的二極管鉗位型三電平脈沖整流器
[0019] 圖2為二極管鉗位型三電平脈沖整流器開關(guān)等效電路圖 [0020] 圖3為帶反向矢量的電壓空間矢量調(diào)制各區(qū)間矢量圖
[0021] 圖4為本發(fā)明所涉及調(diào)制流程的框圖
[0022] 圖5為本發(fā)明所涉及的一個(gè)載波周期內(nèi)的調(diào)制波形圖
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明
[0024] 本發(fā)明所提供的一種帶反向矢量的二極管鉗位型三電平脈沖整流器的空間矢量 調(diào)制方法，與現(xiàn)有的三電平調(diào)制方法重新分配開關(guān)狀態(tài)的作用時(shí)間不同，本發(fā)明則利用正 負(fù)小矢量對(duì)不同電容的作用，選擇冗余正負(fù)小矢量對(duì)二極管鉗位電路的電容進(jìn)行均壓。相 對(duì)于傳統(tǒng)的重新分配開關(guān)狀態(tài)的作用時(shí)間的調(diào)制方法來解決中點(diǎn)電位的漂移問題，本發(fā)明 則利用正負(fù)小矢量對(duì)不同電容的作用，選擇冗余正負(fù)小矢量對(duì)二極管鉗位電路的電容進(jìn)行 均壓。通過上述調(diào)制方法，可以保持系統(tǒng)開關(guān)頻率不變的同時(shí)，維持中點(diǎn)電位的平衡。該方 法主要包括以下步驟：
[0025] (1)把一個(gè)二極管鉗位型三電平脈沖整流器的A相橋臂和B相橋臂的九種開關(guān)狀 態(tài)所產(chǎn)生電壓矢量分別表示為AV·· V9?？梢詫⑵浞譃槲孱悾琕1, ^與V 9為零矢量，V 2與V 3為 正小矢量，1與V 7為負(fù)小矢量，V 4與V 8為正大矢量與負(fù)大矢量。在兩個(gè)電容電壓相等時(shí)， 同類矢量參與合成矢量等效，互為冗余矢量。如表1所示。
[0026] 表 1
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種帶反向矢量的二極管鉗位型三電平脈沖整流器的空間矢量調(diào)制方法，將二極管 鉗位型三電平脈沖整流器的A相橋臂和B相橋臂的九種開關(guān)狀態(tài)所產(chǎn)生電壓矢量分別表示 為V1-V9，將其分為五類A，％與V9為零矢量，V2與V3為正小矢量，V6與V7為負(fù)小矢量，V4 與V8為正大矢量與負(fù)大矢量；在兩個(gè)電容電壓相等時(shí)，同類矢量參與合成矢量等效，互為冗 余矢量；采用包含如下的步驟得到PWM信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)二極管鉗位電路的電容進(jìn)行均壓： (1) 根據(jù)整流器控制系統(tǒng)的輸出信號(hào)作為參考電壓合成矢量VMf，將參考信號(hào)的運(yùn)動(dòng)軌 跡均分為I-IV四個(gè)區(qū)間； (2) 判斷所述參考電壓矢量所在區(qū)間； (3) 在每個(gè)區(qū)間內(nèi)選擇兩個(gè)基本矢量；計(jì)算所選擇的兩個(gè)基本矢量的作用時(shí)間生成調(diào) 制波； (4) 通過調(diào)制波與三角載波調(diào)制得到PWM信號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶反向矢量的二極管鉗位型三電平脈沖整流器的空間 矢量調(diào)制方法，其特征在于，所述步驟（2)中的四個(gè)區(qū)間是按照如下方法劃分得到的：參考 電壓合成矢量VMf的運(yùn)動(dòng)軌跡為一條直線，取該直線的一點(diǎn)為參考零點(diǎn)，根據(jù)五類矢量的 大小和方向，正矢量置于正向，負(fù)矢量置于負(fù)向，由此將其總負(fù)向到正向分為I-IV四個(gè)區(qū) 間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶反向矢量的二極管鉗位型三電平脈沖整流器的空間 矢量調(diào)制方法，其特征在于，所述步驟（3)中的選擇兩個(gè)矢量是按照如下方法得到的：選擇 參與合成Vref的矢量時(shí)，在II與III區(qū)內(nèi)通過正小矢量與負(fù)小矢量合成VMf，在I區(qū)內(nèi)通過 正大矢量與負(fù)小矢量合成，在第IV區(qū)內(nèi)通過負(fù)大矢量與正小矢量合成。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種帶反向矢量的二極管鉗位型三電平脈沖整流器的空間矢量調(diào)制方法，包括以下步驟：(1)定義二極管鉗位型三電平脈沖整流器的電壓矢量，劃分參考電壓矢量的運(yùn)動(dòng)區(qū)間；(2)判斷所述參考電壓矢量的區(qū)間，在各區(qū)間選擇合成參考電壓的基本矢量；(3)計(jì)算所選擇的矢量的作用時(shí)間生成調(diào)制波；(4)通過調(diào)制波與三角載波得到PWM信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)二極管鉗位電路的電容進(jìn)行均壓。相比于現(xiàn)有調(diào)制方法中通過調(diào)整矢量作用時(shí)間來達(dá)到均壓效果，本發(fā)明利用正負(fù)小矢量對(duì)不同電容的作用，選擇冗余正負(fù)小矢量對(duì)二極管鉗位電路的電容進(jìn)行均壓。特別是在參與組成多電平變換器時(shí)能夠完成在不平衡負(fù)載情況下的直流輸出電壓均衡。
【IPC分類】H02M7-217
【公開號(hào)】CN104779821
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510136608
【發(fā)明人】何曉瓊, 郭愛平, 彭旭, 舒澤亮
【申請(qǐng)人】西南交通大學(xué)
【公開日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2015年3月26日