一种NPC三电平逆变器输出电流特性优化的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种NPC三电平逆变器输出电流特性优化的控制方法，本发明专利技术通过分析三电平逆变器空间矢量调制策略，得出该策略存在冗余开关状态的占空比分配和开关序列的选择两种自由度，并通过建立电流波动评价模型，当冗余开关状态的占空比比值发生变化和开关序列改变时，对逆变器输出电流波动量进行比较。以逆变器输出电流波动量有效值最小为原则，确定了各开关序列内冗余开关状态作用时间的最优分配方式以及各开关序列作用区域的最优分布，保证了逆变器输出质量最优。最终实现了在不增加开关频率的前提下，降低了逆变器输出电流谐波畸变率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于驱动电机的功率变换器控制领域，其涉及一种空间矢量调制原理的NPC三电平逆变器控制方法，用于解决逆变器输出波形谐波畸变率高的问题。
技术介绍
中点箝位型三电平逆变器由于具有输出电压、电流谐波含量少、dv/dt低等优势，在机车牵引、舰船推进等大功率高性能电机驱动场合得到了越来越广泛的应用。作为决定逆变器输入、输出性能的关键因素，三电平逆变器空间矢量调制策略在近些年来得到了深入的研究。目前应用于三电平逆变器的调制策略主要分为以下三类：①载波层叠PWM；②特定谐波消除PWM；③同步空间矢量PWM。载波层叠调制策略易于实现，在低频区可充分利用开关频率，但在中高频时逆变器输出谐波含量高，波形质量差，与空间矢量PWM策略相比，直流电压利用率受到限制，且为保证逆变器输出电压波形的同步性与对称性，脉冲数只能为3的奇数倍，由此导致在恒压频比的变速驱动中，开关频率随着基波频率在很宽的范围内变化。特定谐波消除调制策略(SHEPWM)，通过开关时刻的优化选择，在保证逆变器输出电压波形同步性与对称性的基础上，可以消去预期的某些低次谐波，但优化选择的过程常常伴随着复杂计算，且开关角度固定，难以在线实现，控制灵活性较差，尤其在低频时由于开关角度较多，对存储量要求较高。空间矢量调制策略(SVPWM)，将逆变器和电机视为一个整体，建立逆变器开关模式与电机定子电压空间矢量的内在联系，通过控制逆变器的开关模式，使电机定子电压空间矢量轨迹逼近理想圆。空间矢量调制策略具有较高的电压利-用率、更易控制的优点。但同时，传统的空间矢量仍然未能很好地解决逆变器输出电流谐波畸变率高的问题。已有的NPC三电平逆变器空间矢量调制策略中，针对于解决逆变器输出电流谐波畸变率高的解决方案依然存在一些问题：大部分调制策略在一个采样周期内增加了开关管的开关次数，虽然较好地改善了输出电流特性，但造成了开关损耗的增加，考虑到电机驱动系统设计中的散热、开关管的死区时间等问题，实用性比较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种NPC三电平逆变器输出电流特性优化的控制方法，本专利技术通过分析三电平逆变器空间矢量调制策略，得出该策略存在冗余开关状态的占空比分配和开关序列的选择两种自由度，并通过建立电流波动评价模型，当冗余开关状态的占空比比值发生变化和开关序列改变时，对逆变器输出电流波动量进行比较。以逆变器输出电流波动量有效值最小为原则，确定了各开关序列内冗余开关状态作用时间的最优分配方式以及各开关序列作用区域的最优分布，保证了逆变器输出质量最优。最终实现了在不增加开关频率的前提下，降低了逆变器输出电流谐波畸变率。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种NPC三电平逆变器输出电流特性优化的控制方法，基于空间矢量调制的原理，对输出的PWM波形进行改进，从而改善逆变器的输出特性，具体包括以下步骤：(1)将空间矢量图分为I～VI六个扇区，将每个扇区再分为7个小区域，该小区域的边界为各个相邻矢量终点的连线及其垂直平分线；根据电压参考矢量位于小区域的位置确定在一个采样周期内的开关序列；(2)根据最近三矢量原则和伏秒平衡原理，将电压参考矢量分解得到在最近三矢量方向上的投影，进而得到三个矢量的作用时间，从而确定每种矢量的占空比；(3)在每二分之一采样周期中，开关序列具有四个开关状态，其中首尾两个开关状态称为冗余开关状态且对应同一个矢量；根据电流波动评价模型，计算得到冗余开关状态的最优作用时间表达式；(4)根据NPC三电平功率器件的开关状态与每相输出状态的关系，并考虑死区时间，确定出三电平共十二个功率器件的PWM输入信号，通过DSP的运算以及动作寄存器功能，实现PWM信号的输出，实现对三电平逆变器的输出特性的优化。步骤(1)通过新的分区策略，确定了特定参考矢量下的开关序列；在三电平空间矢量调制中，由于部分电压矢量存在冗余的开关状态，因此在在特定的区间内，同一电压矢量具有多种开关序列；通过建立电流波动评价波形，分析不同开关序列下所对应的电流波动大小，从而对扇区进行了重新划分，以保证每个区域内选取的开关序列所对应的电流波动最小，进而确定最优的开关序列；扇区划分中，每个大扇区划分为7个小区域，其边界的表达式为： m = 3 6 c o s θ m = 3 6 cos ( π / 3 - θ ) θ = π / 6 m = 1 2 sin ( π / 3 + θ ) m = 1 6 cos ( π / 3 - θ ) 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种NPC三电平逆变器输出电流特性优化的控制方法，其特征在于，基于空间矢量调制的原理，对输出的PWM波形进行改进，从而改善逆变器的输出特性，具体包括以下步骤：(1)将空间矢量图分为I～VI六个扇区，将每个扇区再分为7个小区域，该小区域的边界为各个相邻矢量终点的连线及其垂直平分线；根据电压参考矢量位于小区域的位置确定在一个采样周期内的开关序列；(2)根据最近三矢量原则和伏秒平衡原理，将电压参考矢量分解得到在最近三矢量方向上的投影，进而得到三个矢量的作用时间，从而确定每种矢量的占空比；(3)在每二分之一采样周期中，开关序列具有四个开关状态，其中首尾两个开关状态称为冗余开关状态且对应同一个矢量；根据电流波动评价模型，计算得到冗余开关状态的最优作用时间表达式；(4)根据NPC三电平功率器件的开关状态与每相输出状态的关系，并考虑死区时间，确定出三电平共十二个功率器件的PWM输入信号，通过DSP的运算以及动作寄存器功能，实现PWM信号的输出，实现对三电平逆变器的输出特性的优化。

【技术特征摘要】
1.一种NPC三电平逆变器输出电流特性优化的控制方法，其特征在于，基于空间矢量调制的原理，对输出的PWM波形进行改进，从而改善逆变器的输出特性，具体包括以下步骤：(1)将空间矢量图分为I～VI六个扇区，将每个扇区再分为7个小区域，该小区域的边界为各个相邻矢量终点的连线及其垂直平分线；根据电压参考矢量位于小区域的位置确定在一个采样周期内的开关序列；(2)根据最近三矢量原则和伏秒平衡原理，将电压参考矢量分解得到在最近三矢量方向上的投影，进而得到三个矢量的作用时间，从而确定每种矢量的占空比；(3)在每二分之一采样周期中，开关序列具有四个开关状态，其中首尾两个开关状态称为冗余开关状态且对应同一个矢量；根据电流波动评价模型，计算得到冗余开关状态的最优作用时间表达式；(4)根据NPC三电平功率器件的开关状态与每相输出状态的关系，并考虑死区时间，确定出三电平共十二个功率器件的PWM输入信号，通过DSP的运算以及动作寄存器功能，实现PWM信号的输出，实现对三电平逆变器的输出特性的优化。2.根据权利要求1所述的一种NPC三电平逆变器输出电流特性优化的控制方法，其特征在于，步骤(1)通过新的分区策略，确定了特定参考矢量下的开关序列；在三电平空间矢量调制中，由于部分电压矢量存在冗余的开关状态，因此在在特定的区间内，同一电压矢量具有多种开关序列；通过建立电流波动评价波形，分析不同开关序列下所对应的电流波动大小，从而对扇区进行了重新划分，以保证每个区域内选取的开关序列所对应的电流波动最小，进而确定最优的开关序列；扇区划分中，每个大扇区划分为7个小区域，其边界的表达式为： m = 3 6 c o s θ m = 3 6 cos ( π / 3 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈炜，戴文凯，王志强，张国政，阎彦，夏长亮，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12