基于电流矢量等效的三电平死区补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种基于电流矢量等效的三电平死区补偿方法，目的是为解决三电平逆变器在采用SVPWM调制时，由于死区效应而导致的系统谐波增加、电压失真等现象。该补偿方法，通过判断三相电流方向，得到三相桥臂在状态切换时，由于功率器件导通延迟产生的误差电压，并在两相静止坐标系下合成，得到基于电流矢量等效的误差电压。在此基础上补偿一个与其等值反向的电压矢量，重构两相静止坐标系下的参考指令，抵消死区作用效果，实现了对SVPWM调制输出死区进行补偿，可有效提升系统的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子与电力传动
，具体涉及一种基于电流矢量等效的三 电平死区补偿方法。
技术介绍
三电平逆变器相较于传统的两电平逆变器，由于电平数目增多，使得输出电压谐 波成分减少，开关管的电压开关应力降低，从而使系统损耗减少，在低压开关器件的应用更 加广泛。为了防止逆变器直流侧直通，需要在功率器件驱动信号中加入死区时间。相比于 一个开关周期，设置的死区时间相对较短，但是它的累积效应仍然会导致电压电流畸变、零 电流箝位效应、系统性能降低，因此有必要对死区进行补偿。目前的死区补偿方法，大体上分为两类：基于平均电压误差的补偿法和基于脉冲 的补偿法。其中，平均电压误差法，比较一个周期内参考输出电压和实际输出电压的差值， 然后根据各相电流极性将其加到指令电压中进行补偿，该方法易于实现，但补偿不够精确； 基于脉冲补偿法，能够精确补偿死区时间，但对控制芯片的要求较高，往往会占用大量CPU 资源。此外，死区补偿方法中电流极性的检测也非常重要，电流过零点判断不准确很可能导 致误补偿。 申请号为201010200424. 4的专利《一种用于电压源逆变器的死区补偿方法》，根 据两个非零矢量在一个PWM周期内的作用时间以及初始死区时间，产生新的死区补偿时 间，再叠加求得两个非零电压矢量在该PWM周期内新的作用时间，运行SVPffM调制。该方法 没有考虑IGBT管压降对死区补偿的影响，且只适用于两电平逆变器的死区补偿；专利号为 201010268342. 3的《基于矢量作用等效的空间矢量脉宽调制输出的死区补偿方法》，将死区 作用等效为基本空间矢量的作用效果，通过增减调制矢量所在扇区非零矢量作用时间的方 式，抵消死区作用效果。该方法没有考虑IGBT的通断延迟仍然对电压造成影响，以及当脉 冲趋于饱和后，不能对死区进行有效补偿。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决三电平逆变器在采用SVPffM调制时，由于死区效应而导 致的系统谐波增加、电压失真等现象，提出一种新颖、简单的基于电流矢量等效的死区补偿 方法，以达到消除死区对输出电压的影响。 为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是： -种，包括步骤： 根据三电平逆变器的拓扑结构，结合IGBT开关管完全开通、关断所需的延迟时 间，设置死区时间Td; 根据IGBT开关管、续流二极管开通、关断时的延迟对输出电压的影响，得出死区 时间内产生的误差电压ΛV ; IGBT开关管在PON三种状态下切换，得出在不同相电流方向情况下产生的误差电 压的通用表达式； 根据各相电流方向及时序状态，确定作用区间，得到基于电流矢量等效的误差电 压补偿量νΛα、νΛ{!; 将计算得到的电压补偿量反馈到原参考电压矢量Va、Vfi，重新构建新的两相静止 坐标系ν' = V α+νΛ α、V% = V ρ+νΛ Ji，继续进行SVPffM调制，实现死区补偿。 本专利技术通过判断各相电流流向的方式，将由此导致的死区误差电压，等效为空 间矢量的作用效果，通过补偿一个等值反向的电压矢量，抵消死区作用效果，可有效地对 SVPffM调制输出死区进行补偿，大大提升逆变器的系统性能。优点在于控制简单，无需大量 计算，能够节省CPU资源，没有直接对脉冲信号进行控制，抗干扰性好。【附图说明】 图1为本专利技术的流程示意图； 图2为三电平逆变器的拓扑结构； 图3为不同电流流向下，P至0状态时的开关管通断时序，图3(a)电流为正开关 管时序，图3 (b)电流为负开关管时序，图3 (c) A相从P至0转换时开关管时序； 图4为空间矢量调制法示意图，图4(a)空间矢量第一区间划分，图4(b) -区一部 A相开关管时序； 图5为基于电流矢量等效的误差电压； 图6为基于电流矢量等效的补偿控制原理； 图7为两相静止坐标系下误差电压的空间矢量； 图8为基于电流矢量等效死区补偿方法的仿真波形，图8 (a)为死区补偿前与补偿 后的调制波形；图8(b)死区补偿前与补偿后的相电流波形； 图9为不同情况下的谐波比较，图9 (a)死区时间Td= 0时的电流频谱；图9 (b)死 区时间Td= 4us，未加死区补偿时的电流频谱；图9 (c)死区时间T d= 4us，加上死区补偿时 的电流频谱。【具体实施方式】 下面结合【具体实施方式】对本专利技术作进一步的说明。 本专利技术，如图1所示，包括： 步骤1、根据三电平逆变器的拓扑结构，结合IGBT开关管完全开通、关断所需的延 迟时间，设置死区时间Td; 步骤2、根据IGBT开关管、续流二极管开通、关断时的延迟对输出电压的影响，得 出死区时间内产生的误差电压AV ; 步骤3、IGBT开关管在PON三种状态下切换，得出在不同相电流方向情况下产生的 误差电压的通用表达式； 步骤4、根据各相电流方向及时序状态，确定作用区间，得到基于电流矢量等效的 误差电压补偿量νΛα、νΛΡ; 步骤5、将计算得到的电压补偿量反馈到原参考电压矢量Va、Vfi，重新构建新的两 相静止坐标系V' = V α+νΛ α、V% = V Ji+Va Ji，继续进行SVPffM调制，实现死区补偿。 本专利技术的工作原理是：三电平逆变器在进行SVPffM调制时，由于死区效应产生误 差电压，而根据各相电流的流动方向，可以得到误差电压在静止坐标系下的矢量，这一矢量 使两相静止坐标系下的参考指令偏移，造成谐波增加、电压失真，因此需对其进行补偿抵 消。根据电流方向可以确定各作用区间的误差电压矢量，在此基础上补偿一个与其等值反 向的电压矢量，产生新的两相静止坐标系下的参考指令，即可抵消误差电压对系统的扰动， 消除死区对输出电压的影响。 图2为三电平逆变器的主电路拓扑结构图，包括A、B、C三相桥臂，每相桥臂由4个 开关管、4个续流二极管和两个箝位二极管组成。Sal、Sa2、Sa3、Sa4表示A相的4个开关 管，Dal和Da2表示箝位二极管。以A相桥臂为例，三电平的每相桥臂有三种状态， 对应的开关管状态为： 开关管在每一个开关周期只能是相邻两个状态之间切换，即P状态和0状态切换 或者〇状态和N状态之间切换。 以图3为例，分析开关管在P至0切换过程中的死区效应，图3 (a)电流为正时，桥 臂状态从P至〇,由于Sal立即关断，改为由Dal、Sa2续流当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电流矢量等效的三电平死区补偿方法，其特征在于，包括步骤：根据三电平逆变器的拓扑结构，结合IGBT开关管完全开通、关断所需的延迟时间，设置死区时间Td；根据IGBT开关管、续流二极管开通、关断时的延迟对输出电压的影响，得出死区时间内产生的误差电压△V；IGBT开关管在PON三种状态下切换，得出在不同相电流方向情况下产生的误差电压的通用表达式；根据各相电流方向及时序状态，确定作用区间，得到基于电流矢量等效的误差电压补偿量V△α、V△β；将计算得到的电压补偿量反馈到原参考电压矢量Vα、Vβ，重新构建新的两相静止坐标系V*α＝Vα+V△α、V*β＝Vβ+V△β，继续进行SVPWM调制，实现死区补偿。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张继元，舒杰，黄磊，王浩，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44