降低H/NPC变换器开关损耗的三段式SVPWM算法制造技术

本发明专利技术属于逆变器控制技术领域，具体涉及一种降低H/NPC变换器开关损耗的三段式SVPWM算法。它包括以下步骤：S1，根据基于60°坐标系的多电平SVPWM算法，计算三个基本矢量V1、V2、V3对应的作用时间T1、T2、T3；S2，基本空间电压矢量开关状态选取，根据减小共模电压的原则，选取基本空间电压矢量中间的开关状态，并根据开关状态的值S由小到大依次排序；S3，根据上一个开关周期开关序列的末开关状态，确定下一个开关周期开关序列的首开关状态，选取开关状态切换最小的为起始状态；S4，根据开关序列内开关最小原则，设计三段式开关序列；S5，开关状态映射。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于逆变器控制
，具体涉及一种降低H/NPC变换器开关损耗的三段式SVPWM算法。
技术介绍
目前，在电力、船舶舰艇、矿井提升、钢铁轧制等领域采用基于大功率变频装置的变频技术已成为能源高效利用的主要措施。常见的中高压大功率多电平变换器拓扑可分为两类：1)半桥式钳位型(二极管钳位型和飞跨电容型)，2)全桥式级联型，前者存在直流侧电容电压平衡的问题，当电平数大于三时，控制将变得更加复杂。级联型变换器包括2H桥级联、H/NPC级联和混合级联。2H桥级联型易于扩展、控制方法简单，但需大量的独立直流电源。H/NPC级联型可以克服钳位二极管或钳位电容多、控制困难和需要独立电源个数多的缺点，适用于中、高压大功率应用场合。空间电压矢量调制策略(Space Vector Pulse Width Modulation，简称SVPWM)控制灵活、电压利用率高，在多电平变换器脉宽调制中得到了广泛的研究，目前常见的多电平空间电压矢量调制策略有：传统空间电压矢量法、参考电压矢量分解法、60°坐标系法、线电压坐标系、分类算法和虚拟电压矢量法等。空间电压矢量调制策略(SVPWM)根据开关序列设计方式的不同又可分为三段式SVPWM算法、五段式SVPWM算法和七段式SVPWM算法等。在两电平和三电平变流器中，由于冗余开关状态和空间电压矢量的数量小，七段式SVPWM算法易于实现。但在五电平以上的多电平变流器，开关序列设计更加复杂，且七段式开关序列需满足严格的限制条件，导致开关序列设计不灵活。同时在开关频率较低时，七段式SVPWM算法的开关序列在相邻的小扇区间切换时，额外开关损耗大大增加，且输出电压谐波增加，大大限制了七段式SVPWM算法在高压大功率多电平领域特别是低开关频率的应用。
技术实现思路
针对现有七段式SVPWM算法存在的不足之处，本专利技术提出了一种降低H/NPC变换器开关损耗的三段式SVPWM算法，在通用60°坐标系多电平SVPWM算法的基础上、结合H/NPC五电平逆变器拓扑结构，给出一种新颖灵活的三段式SVPWM算法。该三段式SVPWM调制方式无需考虑严格的开关约束条件，能在降低开关损耗的同时改善输出电压谐波性能。本专利技术采用如下技术方案：降低H/NPC变换器开关损耗的三段式SVPWM算法，它包括以下步骤：S1，根据基于60°坐标系的多电平SVPWM算法，计算三个基本矢量V1、V2、V3对应的作用时间T1、T2、T3；S2，基本空间电压矢量开关状态选取，根据减小共模电压的原则，选取基本空间电压矢量中间的开关状态，并根据开关状态的值S由小到大依次排序；S3，根据上一个开关周期开关序列的末开关状态，确定下一个开关周期开关序列的首开关状态，选取开关状态切换最小的为起始状态；S4，根据开关序列内开关最小原则，设计三段式开关序列；S5，确定开关状态映射。进一步的，步骤S2具体包括以下步骤，S21，对任意的开关状态[Sa，Sb，Sc]，定义其开关状态值S＝Sa+Sb+Sc，为了表示开关状态的切换，分别定义三相开关状态总变化值ΔS和各相开关状态变化最大值δS分别为 Δ S = Σ i = a , b , c | S i 1 ′ - S i 3 | , δ S = M a x i = a , b , c | S i 1 ′ - S i 3 | ; ]]>S22，对参考电压矢量Vref所处小扇区中的所有开关状态，根据减小共模电压的原则，选取中间的冗余开关状态，并计算其开关状态值S，根据开关状态值S的大小，从小到大将所有的开关状态依次排序构成集合A。更进一步的，步骤S3具体包括以下步骤，S31，从选取的所有开关状态中，选择三相开关状态总变化值ΔS最小的开关状态为集合B，若集合B含多个开关状态，则转到步骤S32，否则结束；S32，从集合B中选择各相开关状态变化最大值δS最小的开关状态为集合C，若集合C含多个开关状态，则转到步骤S33，否则结束；S33，从集合C中选择开关状态值S最小开关状态。本专利技术以降低器件开关损耗为目的，提出了一种新颖的三段式SVPWM算法。该三段式SVPWM策略基于60°坐标系的通用简化多电平SVPWM算法，不仅避免了复杂扇区判断和三角函数计算；而且没有严格的开关约束条件，在降低开关频率的同时还能改善输出电压的频谱，尤其在低开关频率和高调制度时，优势更为明显。附图说明图1是降低H/NPC变换器开关损耗的三段式SVPWM算法的流程图；图2是第Ⅰ大扇区空间电压矢量图；图3是开关频率fs＝500Hz时，Vab线电压波形图；图4是开关频率fs＝500Hz时，Vab线电压的频谱分析图；图5是开关频率fs＝500Hz时，ia负载电流波形图；图6是开关频率fs＝500Hz时，ia负载电流频谱分析图；图7是三段式M＝0.9时，fs/f0＝10的开关管脉冲仿真结果图；图8是M＝0.9，fs/f0＝10时七段式SVPWM算法的实验结果图；图9是相应条件下三段式SVPWM的输出波形图。具体实施方式为进一步说明各实施例，本专利技术提供有附图。这些附图为本专利技术揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本专利技术的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。现结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步说明。参阅图1所示，为本专利技术提出的降低H/NPC变换器开关损耗的三段式SVPWM算法的流程图，它包括以下步骤：S1，根据基于60°坐标系的多电平SVPWM算法，计算三个基本矢量V1、V2、V3对应的作用时间T1、T2、T3；S2，基本空间电压矢量开关状态选取，根据减小共模电压的原则，选取基本空间电压矢量中间的开关状态，并根据开关状态的值S由小到大依次排序；S3，根据上一个开关周期开关序列的末开关状态，确定下一个开关周期开关序列的首开关状态，选取开关状态切换最小的为起始状态；S4，根据开关序列内开关最小原则，设计三段式开关序列；S5，确定开关状态映射。考虑在相邻的小扇区之间可能会产生额外的开关切换。本文档来自技高网...

【技术保护点】
降低H/NPC变换器开关损耗的三段式SVPWM算法，其特征在于：它包括以下步骤：S1，根据基于60°坐标系的多电平SVPWM算法，计算三个基本矢量V1、V2、V3对应的作用时间T1、T2、T3；S2，基本空间电压矢量开关状态选取，根据减小共模电压的原则，选取基本空间电压矢量中间的开关状态，并根据开关状态的值S由小到大依次排序；S3，根据上一个开关周期开关序列的末开关状态，确定下一个开关周期开关序列的首开关状态，选取开关状态切换最小的为起始状态；S4，根据开关序列内开关最小原则，设计三段式开关序列；S5，确定开关状态映射。

【技术特征摘要】
1.降低H/NPC变换器开关损耗的三段式SVPWM算法，其特征在于：它包括以下步骤：S1，根据基于60°坐标系的多电平SVPWM算法，计算三个基本矢量V1、V2、V3对应的作用时间T1、T2、T3；S2，基本空间电压矢量开关状态选取，根据减小共模电压的原则，选取基本空间电压矢量中间的开关状态，并根据开关状态的值S由小到大依次排序；S3，根据上一个开关周期开关序列的末开关状态，确定下一个开关周期开关序列的首开关状态，选取开关状态切换最小的为起始状态；S4，根据开关序列内开关最小原则，设计三段式开关序列；S5，确定开关状态映射。2.如权利要求1所述的降低H/NPC变换器开关损耗的三段式SVPWM算法，其特征在于：所述步骤S2具体包括以下步骤，S21，对任意的开关状态[Sa，Sb，Sc]，定义其开关状态值S＝Sa+Sb+Sc，为了表示开关状态的切换，分别定义三相开关状态总变化值ΔS和各相开关状态变化最大值δS分别为 Δ S = Σ i = a , b , c | S i 1 ′ - S ...

【专利技术属性】
技术研发人员：张辑，魏荣宗，袁庆庆，
申请(专利权)人：厦门理工学院，
类型：发明
国别省市：福建;35