一种基于合成中矢量的T型三电平逆变器中点电位平衡方法技术

本发明专利技术公开了一种基于合成中矢量的T型三电平逆变器中点电位平衡方法，包括以下步骤：S1、根据传统最近三矢量空间矢量调制方法，由参考电压矢量选择相应的初始合成矢量并确定各初始合成矢量作用占空比；S2、采用两个大矢量合成中矢量的方法消去中矢量，得到新的合成矢量及其作用占空比；S3、选择基础开关矢量并确定所选基础开关矢量调制顺序；S4、采用无差拍控制方法调整两个冗余小矢量的作用占空比。本发明专利技术的方法计算量小，实现简单，不需要增加额外的硬件电路，成本低；使用本发明专利技术方法几乎可以完全消除中点电压波动，同时减小输出电流总谐波畸变率。

A method for balancing neutral point potential of T type three level inverter based on vector in synthesis

The invention discloses a method for synthesis of T type inverter neutral point potential balance in the three level based on vector, which comprises the following steps: S1, according to the traditional nearest three vector space vector modulation method, the reference voltage vector selection of initial vector synthesis and to determine the corresponding initial synthesis vector duty ratio; S2, using vector two in the synthesis method of vector vector elimination, synthesized vector and its new duty ratio; S3, select and determine the selected vector based switch based switching vector modulation sequence; S4, using deadbeat control method to adjust the two redundant small vector role duty ratio. The method of the invention is simple, small amount of calculation, without increasing the hardware circuit, the extra cost is low; using the method of the invention can almost completely eliminate the midpoint voltage fluctuation, reduce the total harmonic distortion rate of output current at the same time.

【技术实现步骤摘要】
一种基于合成中矢量的T型三电平逆变器中点电位平衡方法
本专利技术涉及逆变器中点电位平衡的
，具体涉及一种基于合成中矢量的T型三电平逆变器中点电位平衡方法。
技术介绍
随着分布式电源、储能系统、电动汽车等领域的迅速发展，对电能质量和系统效率的要求也越来越高。三电平逆变器相比于传统的两电平逆变器具有谐波少、开关管电压应力小、耐压高、电磁干扰小等优点。T型三电平逆变器相比于二极管钳位型三电平逆变器，有两个主要的优点：当输出相电压为正或负的时候，只有一个开关管被导通，减少了开通损耗；一个工频周期内每一个开关管的流过的电流有效值相等，不存在热量分布不均问题。因此，近年来T型三电平逆变器受到企业和高校的广泛关注，前景十分广阔。然而，与二极管钳位型三电平逆变器一样，T型三电平逆变器一样存在中点电位不平衡问题，导致直流母线电容和开关器件承受电压不均衡，输出电压电流谐波含量大，缩短电容寿命。因此，研究一种高效及性能优越的中点电位平衡方法至关重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于合成中矢量的T型三电平逆变器中点电位平衡方法，该方法通过减小T型三电平逆变器的中点电压波动，改善逆变器性能。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：一种基于合成中矢量的T型三电平逆变器中点电位平衡方法，包含以下四个步骤：S1、根据传统最近三矢量空间矢量调制方法，由参考电压矢量选择相应的初始合成矢量并确定各初始合成矢量作用占空比；S2、采用两个大矢量合成中矢量的方法消去中矢量，得到新的合成矢量及其作用占空比；S3、选择基础开关矢量并确定所选基础开关矢量调制顺序；S4、采用无差拍控制方法调整两个冗余小矢量的作用占空比。进一步地，所述基于合成中矢量的T型三电平逆变器中点电位平衡方法中的步骤S1具体方法如下：T型三电平逆变器每一相的输出电平都有三种状态：输出电压等于直流母线电压、输出电压等于直流母线电压的一半、输出电压等于零，分别设为P、O、N；因此共有27种基础矢量分别为：NNN、NNO、NNP、NON、NOO、NOP、NPN、NPO、NPP、ONN、ONO、ONP、OON、OOO、OOP、OPN、OPO、OPP、PNN、PNO、PNP、PON、POO、POP、PPN、PPO、PPP；进一步地，27个基础矢量构成的矢量图分为六个大扇区，每个大扇区分为四个小区，每个大扇区有五种合成矢量，根据参考电压矢量所在扇区选择相应的合成矢量并确定各合成矢量作用占空比，具体如下：(1)当参考矢量位于第一小区时，合成矢量选择零矢量v0、小矢量v1、小矢量v2，作用占空比分别为(2)当参考矢量位于第二小区时，合成矢量选择小矢量v1、中矢量v4、大矢量v3，作用占空比分别为(3)当参考矢量位于第三小区时，合成矢量选择小矢量v1、小矢量v2、中矢量v4，作用占空比分别为(4)当参考矢量位于第四小区时，合成矢量选择小矢量v2、中矢量v4、大矢量v5，作用占空比分别为进一步地，所述基于合成中矢量的T型三电平逆变器中点电位平衡方法中的步骤S2具体如下：(1)当参考矢量位于第一小区时，合成矢量中无中矢量，合成矢量不变，为v0、v1、v2，作用占空比不变，为(2)当参考矢量位于第二小区时，采用大矢量v3和v5合成中矢量v4，合成矢量变为v1、v3、v5，作用占空比分别为(3)当参考矢量位于第三小区时，采用大矢量v3和v5合成中矢量v4，合成矢量变为v1、v2、v3、v5，作用占空比分别为(4)当参考矢量位于第四小区时，采用大矢量v3和v5合成中矢量v4，合成矢量变为v2、v3、v5，作用占空比分别为进一步地，所述基于合成中矢量的T型三电平逆变器中点电位平衡方法中的步骤S3具体方法如下：对于第一个大扇区：(1)第一种情况：当参考矢量处于第二小区和第四小区的时候，合成矢量中只有一个小矢量，直接选择和确定基础矢量作用顺序，分别为：当参考矢量处于第二小区时：基础矢量作用顺序为ONN-PNN-PPN-POO；各基础矢量作用占空比关系分别为：所述dONN、dPNN、dPPN、dPOO分别为基础矢量ONN、PNN、PPN、POO的作用占空比；当参考矢量处于第四小区时：基础矢量作用顺序为OON-PNN-PPN-PPO；各基础矢量作用占空比关系分别为：所述dOON、dPPO分别为基础矢量OON、PPO的作用占空比；(2)第二种情况：当参考矢量处于第一小区和第三小区的时候，合成矢量中含有两个小矢量，从每个小矢量中选择合成基础矢量，并确定矢量顺序为：参考矢量处于第一小区且Q1>Q2：基础矢量作用顺序为ONN-OON-OOO-POO，各基础矢量作用占空比关系分别为：所述dOOO为基础矢量OOO的作用占空比；参考矢量处于第一小区且Q1≤Q2：基础矢量作用顺序为OON-OOO-POO-PPO，各基础矢量作用占空比关系分别为：参考矢量处于第三小区且Q1>Q2：基础矢量作用顺序为ONN-PNN-PPN-PPO-POO，各基础矢量作用占空比关系分别为：参考矢量处于第三小区且Q1≤Q2：基础矢量作用顺序为OON-ONN-PNN-PPN-PPO，各基础矢量作用占空比关系分别为：对于其他五个大扇区，以此类推；所述Q1和Q2定义如下：其中，ia、ic为T型三电平逆变器的A相、C相的相电流瞬时值。进一步地，所述基于合成中矢量的T型三电平逆变器中点电位平衡方法的步骤S4具体方法为：对于第一大扇区：当参考电压矢量位于第一小区且Q1>Q2时，基础矢量作用顺序ONN-OON-OOO-POO时基础小矢量作用占空比为：当参考电压矢量位于第一小区且Q1≤Q2时，基础矢量作用顺序为OON-OOO-POO-PPO时基础小矢量作用占空比为：当参考电压矢量位于第二小区，基础矢量作用顺序为ONN-PNN-PPN-POO时基础小矢量作用占空比为：当参考电压矢量位于第三小区且Q1>Q2时，基础矢量顺序ONN-PNN-PPN-PPO-POO时基础小矢量作用占空比为：当参考电压矢量位于第三小区且Q1≤Q2时，基础矢量顺序OON-ONN-PNN-PPN-PPO时基础小矢量作用占空比为：当参考电压矢量位于第四小区，基础矢量作用顺序为OON-PNN-PPN-PPO时基础小矢量作用占空比为：其中，Ts为开关序列周期，C为电容值，上、下电容值相等C＝C1＝C2，Vdc为直流母线电压，v(k)为中点电压采样值，ib为B相的相电流瞬时值；对于其他五个大扇区，以此类推。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：本专利技术的方法计算量小，实现简单；本专利技术的方法不需要增加额外的硬件电路，节省成本；本专利技术的方法几乎可以完全消除中点电压波动，减小输出电流总畸变率，具有良好的实用性。当逆变器功率因数较低时，在传统三矢量空间矢量调制方法中，中矢量对中点电位的影响较大，无法通过调节小矢量的两个冗余矢量的占空比实现中点电位平衡，本专利技术通过采用大矢量合成中矢量进而消去中矢量的方法解决了此问题，采用无差拍控制调整冗余小矢量的作用占空比可以快速实现中点电位平衡。附图说明图1是T型三电平逆变器结构图；图2是T型三电平逆变器的空间矢量图；图3是第一大扇区分区及矢量图；图4(a)是小矢量POO的开关状态图；图4(b)是小矢量ONN本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于合成中矢量的T型三电平逆变器中点电位平衡方法，其特征在于，包含以下步骤：S1、根据传统最近三矢量空间矢量调制方法，由参考电压矢量选择相应的初始合成矢量并确定各初始合成矢量作用占空比；S2、采用两个大矢量合成中矢量的方法消去中矢量，得到新的合成矢量及其作用占空比；S3、选择基础开关矢量并确定所选基础开关矢量调制顺序；S4、采用无差拍控制方法调整两个冗余小矢量的作用占空比。

【技术特征摘要】
1.一种基于合成中矢量的T型三电平逆变器中点电位平衡方法，其特征在于，包含以下步骤：S1、根据传统最近三矢量空间矢量调制方法，由参考电压矢量选择相应的初始合成矢量并确定各初始合成矢量作用占空比；S2、采用两个大矢量合成中矢量的方法消去中矢量，得到新的合成矢量及其作用占空比；S3、选择基础开关矢量并确定所选基础开关矢量调制顺序；S4、采用无差拍控制方法调整两个冗余小矢量的作用占空比。2.根据权利要求1所述的一种基于合成中矢量的T型三电平逆变器中点电位平衡方法，其特征在于，所述步骤S1中的传统最近三矢量空间矢量调制方法具体如下：T型三电平逆变器每一相的输出电平都有三种状态：输出电压等于直流母线电压、输出电压等于直流母线电压的一半、输出电压等于零，分别设为P、O、N；因此共有27种基础矢量分别为：NNN、NNO、NNP、NON、NOO、NOP、NPN、NPO、NPP、ONN、ONO、ONP、OON、OOO、OOP、OPN、OPO、OPP、PNN、PNO、PNP、PON、POO、POP、PPN、PPO、PPP；所述27种基础矢量构成的矢量图分为六个大扇区，每个大扇区分为四个小区，每个大扇区有五种合成矢量，根据参考电压矢量所在扇区选择相应的合成矢量并确定各合成矢量作用占空比，具体如下：(1)当参考矢量位于第一小区时，合成矢量选择零矢量v0、小矢量v1、小矢量v2，作用占空比分别为(2)当参考矢量位于第二小区时，合成矢量选择小矢量v1、中矢量v4、大矢量v3，作用占空比分别为(3)当参考矢量位于第三小区时，合成矢量选择小矢量v1、小矢量v2、中矢量v4，作用占空比分别为(4)当参考矢量位于第四小区时，合成矢量选择小矢量v2、中矢量v4、大矢量v5，作用占空比分别为3.根据权利要求2所述的一种基于合成中矢量的T型三电平逆变器中点电位平衡方法，其特征在于，所述步骤S2中采用两个大矢量合成中矢量的方法，具体如下：(1)当参考矢量位于第一小区时，合成矢量中无中矢量，合成矢量不变，为v0、v1、v2，作用占空比不变，为(2)当参考矢量位于第二小区时，采用大矢量v3和v5合成中矢量v4，合成矢量变为v1、v3、v5，作用占空比分别为(3)当参考矢量位于第三小区时，采用大矢量v3和v5合成中矢量v4，合成矢量变为v1、v2、v3、v5，作用占空比分别为(4)当参考矢量位于第四小区时，采用大矢量v3和v5合成中矢量v4，合成矢量变为v2、v3、v5，作用占空比分别为4.根据权利要求3所述的一种基于合成中矢量的T型三电平逆变器中点电位平衡方法，其特征在于，所述步骤S3具体如下：对于第一个大扇区：(1)第一种情况：当参考矢量处于第二小区和第四小区的时候，合成矢量中只有一个小矢量，直接选择和确定基础矢量作用顺序，分别为：当参考矢量处于第二小区时：基础矢量作用顺序为ONN-PNN-PPN-POO；各基础矢量作用占空比关系分别为：所述dONN、dPNN、dPPN、dPOO分别为基础矢量ONN、PNN、PPN、POO的作用占空比；当参考矢量处于第四小区时：基础矢量作用顺序为OON-PNN-PPN-PPO；各基础矢量作用占空比关系分别为：所述dOON、dPPO分别为基础矢量OON、PPO的作用占空比；(2)第二种情况：当参考矢量处于第一小区和第三小区的时候，合成矢量中含有两个小矢量，从每个小矢量中选择合成基础矢量，并确定矢量顺序为：参考矢量处于第一小区且Q1>Q2：基础矢量作用顺序为ONN-OON-OOO-POO，各基础矢量作用占空比关系分别为：所述dOOO为基础矢量OOO的作用占空比；参考矢量处于第一小区且Q1≤Q2：基础矢量作用顺序为OON-OOO-POO-PPO，各基础矢量作用占空比关系分别为：参考矢...

【专利技术属性】
技术研发人员：康龙云，冯腾，胡毕华，冯元彬，王则沣，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44