基于SVPWM的三电平逆变器直流侧中点电压平衡方法技术

本发明专利技术提出一种基于SVPWM的三电平逆变器直流侧中点电压平衡方法，对影响三电平中点电压平衡的控制矢量采用相应的方法进行控制，对于中矢量的控制采用虚拟矢量，用对中点电压无影响的大矢量来合成中矢量；而对小矢量的控制采用PI控制小矢量的合成作用时间；两种控制方法相结合，对中矢量和小矢量进行的改进后，并进行闭环反馈控制，提高了三电平中点电压动态平衡性，满足系统稳定性要求；不需要外加辅助电路，减少了变流器损耗，提高了三电平逆变器器直流侧电压平衡的稳定性，控制方法简单。

【技术实现步骤摘要】
基于SVPWM的三电平逆变器直流侧中点电压平衡方法
本专利技术涉及三电平逆变器的直流侧中点电压平衡方法，尤其涉及一种基于SVPWM的三电平逆变器直流侧中点电压平衡方法。
技术介绍
为了达到三电平逆变器直流侧中点电压平衡，传统的方法是外加辅助电路来实现中点电压平衡，但是改进电路后整个电路和控制算法会变得更加复杂；传统的控制合成矢量电压作用时间方法，容易导致矢量合成作用时间过小，开关频繁切换和浪涌电压，尖峰电流的出现。因此，有必要对这种方法进行改进，以克服上述缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于SVPWM的三电平逆变器直流侧中点电压平衡方法，以改善电平中点电压不平衡问题，提高设备的动态稳定性，保证电机等电气设备的正常运行。本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案是：基于SVPWM的三电平逆变器直流侧中点电压平衡方法，包括以下步骤：首先划分空间电压矢量区域，根据二极管嵌位三电平逆变器的开关管导通顺序将空间电压矢量区域划分为六个大矢量区域，每个大矢量区域又划分为四个小矢量区域，总共由27个矢量组成；由二极管嵌位形成的三电平逆变器共由12个开关管，其中每相电路含4个开关管，通过分析每相开关管的导通顺序，得到每相开关管有Udc/2、0、-Udc/2三种电压状态，所以三相电路中共有33＝27种开关状态，然后将不同的状态分布在一定的位置上，再进行小区域的划分；分别列出零矢量、正小矢量、负小矢量、中矢量对三电平中点电压的影响，当输入矢量为零矢量PPP时，负载侧与P点相连与中点m不相连，所以对中点电压无影响；当输入正小矢量POO时，负载测a端与P点相连，而负载的b、c两端与中点m相连，由直流侧电压产生的电电压不平衡；当输入负小矢量ONN时，负载侧与正小矢量连接相通，但是电流iz流出中点m，使电容C2电压下降，C1电压上升，满足C2<C1，导致中点电压不平衡；当输入中矢量PON时，负载侧分别与P点、中点m、N点相连，此时既有流入中点的电流也有流出中的电流，最后，得到零矢量、大矢量对中点电压无影响，中矢量和小矢量对其平衡产生影响；为了让中点电压达到平衡，需要对中矢量和小矢量进行改进，针对小矢量所产生的不平衡，改变正负小矢量的控制作用时间，尽可能的使正小矢量作用时间与负小矢量的作用时间相等，相互抵消，使中点电压平衡，为此，引入中点调节因子ρ，重新分配V1p、V1n的作用时间：将其带入SVPWM的比较点中得：e为中点电压偏移量；当Vc1＝Vc2＝0时，ρ＝0；当Vc1＞Vc2时，ρ<0；当Vc1＜Vc2时，ρ>0；利用PI调节器来对其进行偏量修正：ρ∈[-11]，其中ΔU(t)为Uc1与Uc2的差值；通过闭环控制，不断调整调节因子ρ的大小，使中点电压达到平衡；对于中矢量的调整，采用虚拟矢量法，即中矢量由相邻的大矢量根据三角形法则合成，中矢量是由大矢量和合成的，定义为原矢量表示三相桥臂的开关状态，表示由PPN、PNN合成的新矢量，根据上述三个开关矢量画出电路图分析流入流出中点电流，得出Ia+Ib+Ic＝0，使得整个虚拟中矢量作用时间对中点无影响。由上面对中矢量和小矢量进行一系列的改进后，并进行闭环反馈控制，三电平中点电压的动态平衡性更加稳定，抗干扰性更强。本专利技术的优点在于：对影响三电平中点电压平衡的控制矢量采用相应的方法进行控制，对于中矢量的控制采用虚拟矢量，用对中点电压无影响的大矢量来合成中矢量；而对小矢量的控制采用PI控制小矢量的合成作用时间；两种控制方法相结合，对中矢量和小矢量进行的改进后，并进行闭环反馈控制，提高了三电平中点电压动态平衡性，满足系统稳定性要求；不需要外加辅助电路，减少了变流器损耗，提高了三电平逆变器器直流侧电压平衡的稳定性，控制方法简单。附图说明图1是三电平逆变器空间矢量示意图；图2是扇区I的电压矢量分解示意图；图3是不同矢量对中点的影响示意图；图4是电容中点电压控制示意图。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本专利技术。本专利技术提出的基于SVPWM的三电平逆变器直流侧中点电压平衡方法，包括以下步骤：首先划分空间电压矢量区域，根据二极管嵌位三电平逆变器的开关管导通顺序将空间电压矢量区域划分为六个大矢量区域，每个大矢量区域又划分为四个小矢量区域，总共由27个矢量组成；如图1，由二极管嵌位形成的三电平逆变器共由12个开关管，其中每相电路含4个开关管，通过分析每相开关管的导通顺序，得到每相开关管有Udc/2、0、-Udc/2三种电压状态，所以三相电路中共有33＝27种开关状态，然后将不同的状态分布在一定的位置上，如图2再进行小区域的划分；如图3所示，分别列出零矢量、正小矢量、负小矢量、中矢量对三电平中点电压的影响，当输入矢量为零矢量PPP时，负载侧与P点相连与中点m不相连，所以对中点电压无影响；当输入正小矢量POO时，负载测a端与P点相连，而负载的b、c两端与中点m相连，由直流侧电压产生的电电压不平衡；当输入负小矢量ONN时，负载侧与正小矢量连接相通，但是电流iz流出中点m，使电容C2电压下降，C1电压上升，满足C2<C1，导致中点电压不平衡；当输入中矢量PON时，负载侧分别与P点、中点m、N点相连，此时既有流入中点的电流也有流出中的电流，最后，得到零矢量、大矢量对中点电压无影响，中矢量和小矢量对其平衡产生影响；如图4，为了让中点电压达到平衡，需要对中矢量和小矢量进行改进，针对小矢量所产生的不平衡，改变正负小矢量的控制作用时间，尽可能的使正小矢量作用时间与负小矢量的作用时间相等，相互抵消，使中点电压平衡，为此，引入中点调节因子ρ，重新分配V1p、V1n的作用时间：将其带入SVPWM的比较点中得：e为中点电压偏移量；当Vc1＝Vc2＝0时，ρ＝0；当Vc1＞Vc2时，ρ<0；当Vc1＜Vc2时，ρ>0；利用PI调节器来对其进行偏量修正：ρ∈[-11]，其中ΔU(t)为Uc1与Uc2的差值；通过图4中的闭环控制，不断调整调节因子ρ的大小，使中点电压达到平衡；对于中矢量的调整，采用虚拟矢量法，即中矢量由相邻的大矢量根据三角形法则合成，如图2，中矢量是由大矢量和合成的，定义为原矢量表示三相桥臂的开关状态，表示由PPN、PNN合成的新矢量，根据上述三个开关矢量画出电路图分析流入流出中点电流，得出Ia+Ib+Ic＝0，使得整个虚拟中矢量作用时间对中点无影响。以上实施方式只为说明本专利技术的技术构思及特点，其目的在于让本领域的技术人员了解本专利技术的内容并加以实施，并不能以此限制本专利技术的保护范围，凡根据本专利技术精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本专利技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于SVPWM的三电平逆变器直流侧中点电压平衡方法，其特征在于，包括以下步骤：首先划分空间电压矢量区域，根据二极管嵌位三电平逆变器的开关管导通顺序将空间电压矢量区域划分为六个大矢量区域，每个大矢量区域又划分为四个小矢量区域，总共由27个矢量组成；由二极管嵌位形成的三电平逆变器共由12个开关管，其中每相电路含4个开关管，通过分析每相开关管的导通顺序，得到每相开关管有Udc/2、0、‑Udc/2三种电压状态，所以三相电路中共有33＝27种开关状态，然后将不同的状态分布在一定的位置上，再进行小区域的划分；分别列出零矢量、正小矢量、负小矢量、中矢量对三电平中点电压的影响，当输入矢量为零矢量PPP时，负载侧与P点相连与中点m不相连，所以对中点电压无影响；当输入正小矢量POO时，负载测a端与P点相连，而负载的b、c两端与中点m相连，由直流侧电压产生的电电压不平衡；当输入负小矢量ONN时，负载侧与正小矢量连接相通，但是电流iz流出中点m，使电容C2电压下降，C1电压上升，满足C2

【技术特征摘要】
1.基于SVPWM的三电平逆变器直流侧中点电压平衡方法，其特征在于，包括以下步骤：首先划分空间电压矢量区域，根据二极管嵌位三电平逆变器的开关管导通顺序将空间电压矢量区域划分为六个大矢量区域，每个大矢量区域又划分为四个小矢量区域，总共由27个矢量组成；由二极管嵌位形成的三电平逆变器共由12个开关管，其中每相电路含4个开关管，通过分析每相开关管的导通顺序，得到每相开关管有Udc/2、0、-Udc/2三种电压状态，所以三相电路中共有33＝27种开关状态，然后将不同的状态分布在一定的位置上，再进行小区域的划分；分别列出零矢量、正小矢量、负小矢量、中矢量对三电平中点电压的影响，当输入矢量为零矢量PPP时，负载侧与P点相连与中点m不相连，所以对中点电压无影响；当输入正小矢量POO时，负载测a端与P点相连，而负载的b、c两端与中点m相连，由直流侧电压产生的电电压不平衡；当输入负小矢量ONN时，负载侧与正小矢量连接相通，但是电流iz流出中点m，使电容C2电压下降，C1电压上升，满足C2<C1，导致中点电压不平衡；当输入中矢量PON时，负载侧分别与P点...

【专利技术属性】
技术研发人员：施必剑，胥飞，
申请(专利权)人：上海电机学院，
类型：发明
国别省市：上海,31