Npc三電平15開關變換器的控制系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型設及一種NPCS電平15開關變換器的控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 隨著功率變換器小型化、高可靠性和低功耗的不斷發(fā)展，各國學者對功率變換器 拓撲結構的改進做出了大量工作，并取得了大量成果。NPCS電平15開關變換器相對于傳統(tǒng) 背靠背NPCS電平24開關變換器，減少了 9個開關器件及其驅動電路，該種拓撲結構在成本 和體積上具有一定優(yōu)勢，其拓撲結構如圖1所示。
[0003] NPCS電平15開關變換器同時可具備兩路S相交流輸出，可實現(xiàn)S相交流負載的 驅動，其運行模式可分為同頻運行和異頻運行兩種。目前并未有適合于NPCS電平15開關變 換器的控制方法。
[0004] 空間矢量調制策略已經廣泛應用于功率變換器的控制，利用空間矢量調制策略可 實現(xiàn)不同類型功率變換器的控制，但是不同拓撲結構功率變換器的空間矢量調制策略不 同，比如9開關變換器的空間矢量調制方法，其調制方法是由上下兩個交流輸出端的電壓矢 量共同決定開關器件的工作狀態(tài)，而不是傳統(tǒng)意義上單一電壓矢量決定開關器件的開關狀 態(tài)。同理，NPCS電平15開關變換器的調制方法，也不同于其他功率變換器的調制方法，亟待 研發(fā)適合于NPC=電平15開關變換器的控制方法。

【發(fā)明內容】

[0005] 本實用新型針對NPCS電平15開關變換器的工作特點，提出一種NPCS電平15開關 變換器的控制系統(tǒng)，該結構可適用于NPCS電平15開關變換器的同頻和異頻工作模式。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術方案是提供一種NPCS電平15開關變換 器控制系統(tǒng)，其中：該NPCS電平15開關變換器控制系統(tǒng)包括NPCS電平15開關變換器、上端 負載、下端負載、上端電壓和上端電流檢測電路、下端電壓和下端電流檢測電路、AD轉換電 路、dsPIC30F6010A控制電路和IGBT驅動電路，所述NPCS電平15開關變換器的上輸出端與 上端電壓和上端電流檢測電路的一側相連，上端電壓和上端電流檢測電路的另一側與上端 負載相連;NPCS電平15開關變換器的下輸出端與下端電壓和下端電流檢測電路的一側相 連，下端電壓和下端電流檢測電路的另一側與下端負載相連;上端電壓和上端電流檢測電 路與下端電壓和下端電流檢測電路的輸出連接到AD轉換器的輸入端;AD轉換器的輸出Uu、 Ui、Iu、I痛接到dsPIC30F6010A控制電路的輸入端;dsPIC30F6010A控制電路的輸出連接到 IGBT驅動電路的輸入端；IGBT驅動電路的輸出端連接到NPCS電平15開關變換器開關器件 的驅動輸入端。
[0007] 本實用新型的效果是采用該控制系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)背靠背NPCS電平24開關變換器 控制系統(tǒng)，減少了 9個開關器件及其驅動電路，該控制系統(tǒng)的拓撲結構在成本和體積上具有 一定優(yōu)勢，與傳統(tǒng)九開關變換器控制系統(tǒng)相比，將電壓空間矢量從27個增加到64個，提高了 系統(tǒng)的可控性，降低了系統(tǒng)輸出的諧波含量。該控制系統(tǒng)可實現(xiàn)NPCS電平15開關變換器的 同頻和異頻控制。
【附圖說明】
[000引圖1為本實用新型NPCS電平15開關變換器系統(tǒng)控制結構；
[0009] 圖2-0-2-3分別為單個橋臂有效開關0狀態(tài)、2狀態(tài)、1狀態(tài)、3狀態(tài)；
[0010] 圖3為本實用新型開關狀態(tài)選擇電路。
【具體實施方式】
[0011] 結合附圖對本實用新型的NPCS電平15開關變換器的控制系統(tǒng)加 W說明。
[001^ 如圖1所示，本實用新型的NPC^電平15開關變換器的控制系統(tǒng)結構是，NPC^電平 15開關變換器控制系統(tǒng)包括一個NPCS電平15開關變換器、上端負載、下端負載、上端電壓 和上端電流檢測電路、下端電壓和下端電流檢測電路、AD轉換電路、dsPIC30F6010A控制電 路和IGBT驅動電路。NPCS電平15開關變換器的上輸出端與上端電壓和上端電流檢測電路 的一側相連，上端電壓和上端電流檢測電路的另一側與上端負載相連;NPCS電平15開關變 換器的下輸出端與下端電壓和下端電流檢測電路的一側相連，下端電壓和下端電流檢測電 路的另一側與下端負載相連;上端電壓和上端電流檢測電路與下端電壓和下端電流檢測電 路的輸出連接到AD轉換器的輸入端;AD轉換電路的輸出Uu、Ui、Iu、I痛接到dsP IC30F601OA 控制電路的輸入端;dsPIC30F6010A控制電路的輸出連接到IGB巧E動電路的輸入端；IGB巧區(qū) 動電路的輸出端連接到NPCS電平15開關變換器開關器件的驅動輸入端。
[0013] 如圖1-3所示，所述NPCS電平15開關變換器控制系統(tǒng)功能的實現(xiàn)步驟：
[0014] Stepl:首先根據(jù)上端負載和下端負載的運行模式，初始化NPCS電平15開關變換 器中各開關管的初始狀態(tài)，并得到初始電壓矢量。
[0015] Step2:通過上端電壓和上端電流檢測電路與下端電壓和下端電流檢測電路進行 上端負載和下端負載的輸出電壓和輸出電流取樣。
[0016] Step3:將取樣電壓經AD轉換器送入dsPIC30F6010A控制電路進行處理，與參考電 壓進行比較，得到上端負載和下端負載輸出電壓的二路電壓偏差信號，分別為AUu和A化； 二路電壓偏差信號經dsPIC30F6010A控制電路的PI調節(jié)器得到二路電流參考信號，分別為 Iu_ref 和 Il_ref。
[0017] Step4:取樣上端負載和下端負載輸出電流經AD轉換器送入dsPIC30F6010A控制電 路進行處理，分別與電流參考信號Iu_ref和Il_re進行比較，得到二路電流偏差信號，分別為 A Iu和A Il;二路電流偏差經PI調節(jié)器得到二路電壓指令信號，分別為Uu可日化^
[001引 steps:二路電壓指令信號分別進入dsPIC30F6010A控制電路的上端SVP歷調制模 塊和下端SVPWM調制模塊，然后判斷上端負載與下端負載的電壓指令信號處于電壓空間矢 量分布的二個位置，并得到二路電壓矢量。
[0019] Step6:二路電壓矢量進入dsPIC30F6010A控制電路中的開關狀態(tài)選擇電路，得到 NPCS電平15開關變換器中S個橋臂的開關狀態(tài)，并判斷每個橋臂開關狀態(tài)是否滿足約束 條件。
[0020] 單一橋臂開關器件輸出邏輯狀態(tài)的等效邏輯表達式或約束條件(最簡式）：
[0021]
[0022] 其中：Sx,Y、SxMY(X = A，B，C;Y = U，M，L)分別代表了單一橋臂中開關器件邏輯狀態(tài)的 原變量；忘7、^ (y=乂公.c; 分別代表了單一橋臂中開關器件邏輯狀 態(tài)的反變量。
[0023] 首先確定每個橋臂的有效工作狀態(tài)或開關組合共四種，如表1所示。表1所對應每 個橋臂的輸出狀態(tài)組合電路結構如圖2-0-圖2-3所示。
[0024] 表1開關器件的開關狀態(tài)與有效工作狀態(tài)對照
[0026] 其中：開關器件閉合時的邏輯狀態(tài)為'1'，反之為'0'；輸出有效矢量為'1'，反之為 '0'。
[0027] 若不滿足約束條件則返回到step2繼續(xù)執(zhí)行，否則向下執(zhí)行；
[00%] Step7:根據(jù)開關狀態(tài)選擇電路確定的=個橋臂開關狀態(tài)，輸出PWM信號，經驅動電 路驅動開關器件。
[0029] steps:判斷系統(tǒng)是否停止運行，如果是則結束，否則返回step2繼續(xù)執(zhí)行。
【主權項】
1. 一種NPC三電平15開關變換器控制系統(tǒng)，其特征是：該NPC三電平15開關變換器控制 系統(tǒng)包括NPC三電平15開關變換器、上端負載、下端負載、上端電壓和上端電流檢測電路、下 端電壓和下端電流檢測電路、AD轉換電路、dsPIC30F6010A控制電路和IGBT驅動電路，所述 NPC三電平15開關變換器的上輸出端與上端電壓和上端電流檢測電路的一側相連，上端電 壓和上端電流檢測電路的另一側與上端負載相連;NPC三電平15開關變換器的下輸出端與 下端電壓和下端電流檢測電路的一側相連，下端電壓和下端電流檢測電路的另一側與下端 負載相連;上端電壓和上端電流檢測電路與下端電壓和下端電流檢測電路的輸出連接到AD 轉換器的輸入端;AD轉換器的輸出〇]11、1]1、111、11)連接到(1#扣3(^601(^控制電路的輸入端； dsPIC30F6010A控制電路的輸出連接到IGBT驅動電路的輸入端；IGBT驅動電路的輸出端連 接到NPC三電平15開關變換器開關器件的驅動輸入端。
【專利摘要】本實用新型提供一種NPC三電平15開關變換器控制系統(tǒng)，該NPC三電平15開關變換器控制系統(tǒng)包括NPC三電平15開關變換器、上端負載、下端負載、上端電壓和上端電流檢測電路、下端電壓和下端電流檢測電路、AD轉換電路、dsPIC30F6010A控制電路和IGBT驅動電路。有益效果是采用該控制系統(tǒng)減少了九個開關器件及其驅動電路，該系統(tǒng)的拓撲結構在成本和體積上具有一定優(yōu)勢，將電壓空間矢量從27個增加到64個，提高了系統(tǒng)的可控性，降低了系統(tǒng)輸出的諧波含量。該控制系統(tǒng)可實現(xiàn)NPC三電平15開關變換器的同頻和異頻控制。
【IPC分類】H02M7/483, H02M7/5387
【公開號】CN205142043
【申請?zhí)枴緾N201520984522
【發(fā)明人】潘雷, 王貝貝, 李梅, 彭桂力, 蘇剛
【申請人】天津城建大學
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年12月1日