一种基于空间矢量调制方法的三角形连接级联H桥逆变器技术

本发明专利技术公开了一种基于空间矢量调制方法的三角形连接级联H桥逆变器，三角形连接级联H桥逆变器的三相呈三角形连接，且每相均由2n个H桥级联；每一个H桥包括4个IGBT；采用基于空间矢量调制方法对三角形连接级联H桥逆变器实施控制；所述的空间矢量调制方法基于三角形轨迹模型而来；采用独特的空间矢量调制方法，使得三角形连接级联H桥逆变器运行更稳定，且易于控制。

A delta connected cascaded H bridge inverter based on space vector modulation

The invention discloses a triangular connection cascaded H bridge inverter based on space vector modulation. Triangular connection cascaded H bridge inverters are triangular connected in three phases, each phase is cascaded by 2n H bridges; each H bridge consists of 4 IGBT; a triangular connection cascaded H bridge inverter based on space vector modulation method is used. The space vector modulation method is based on the triangle trajectory model, and the unique space vector modulation method makes the triangular connection cascaded H bridge inverter run more stable and easy to control.

【技术实现步骤摘要】
一种基于空间矢量调制方法的三角形连接级联H桥逆变器
本专利技术属于三角形连接的级联H桥多电平逆变器领域，涉及一种基于空间矢量调制方法的三角形连接级联H桥逆变器。
技术介绍
级联多电平逆变技术被广泛应用于高压大功率变流器中，其优点是能够利用功率单元的级联，实现分压而有效扩容。高压大功率H桥级联多电平逆变器存在星形和三角形两种接线方式，星形接线方式下级联模块承受相电压，因此在低电压情况下能够减少成本，但是其可靠性不高，故障下难于控制；三角形接线方式级联模块需要承受线电压，其短路故障性能较优，适用于高压、大容量系统，典型的应用如高压大容量静止同步补偿器。级联多电平逆变器的调制方法主要分为最近电平调制、载波层叠调制、载波移相调制、空间矢量调制等。级联多电平逆变器空间矢量调制方法与载波调制方法相比，具有谐波特性好、电压利用率高、开关损耗低、便于数字实现等优点。但空间矢量调制方法随着级联单元的增加，基本矢量数量大大增加，且对应一个基本矢量，其存在多个冗余开关状态矢量，开关状态矢量的选择及其作用时间计算极为复杂，导致空间矢量调制方法实现困难，且使得逆变器难于控制，稳定性差。因此，有必要设计一种新的多电平级联H桥逆变器。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于空间矢量调制方法的三角形连接级联H桥逆变器，该逆变器，易于控制，且运行可靠而稳定。专利技术的技术解决方案如下：一种基于空间矢量调制方法的三角形连接级联H桥逆变器，其特征在于，三角形连接级联H桥逆变器的三相呈三角形连接，且每相均由2n个H桥级联；每一个H桥包括4个IGBT；采用基于空间矢量调制方法对三角形连接级联H桥逆变器实施控制；所述的空间矢量调制方法基于三角形轨迹模型而来；三角形轨迹模型采用α'-β'坐标系，α'-β'坐标系中的基本矢量的表达式为：式中，a,b和c分别表示开关状态矢量(a,b,c)的三个分量；三角形轨迹模型，由下式表征：m表示三角形连接方式线电压调制系数；基于三角形轨迹模型对三角形连接的级联H桥逆变器实施空间矢量调制；将三角形轨迹模型等效为星型轨迹模型，如下：m'表示星形连接方式相电压调制系数，有星型轨迹模型是指星形连接方式下n个H桥级联(即每相均由n个H桥级联而成)的多电平逆变器输出电压空间矢量轨迹模型；根据三角形轨迹模型与星型轨迹模型的等效关系，故基于星型轨迹模型实现对三角形连接的级联H桥逆变器实施空间矢量调制。对星形连接级联H桥多电平逆变器输出参考电压空间矢量轨迹模型进行采样，计算最靠近采样参考矢量Vr(αpr',βpr')的三个基本矢量，并把这三个基本矢量作为等效基本矢量，利用伏秒平衡原理计算合成采样参考矢量的等效基本矢量作用时间，直接利用基本矢量作为三角形连接级联H桥逆变器各相的控制信号；其中，Vr(αpr',βpr')中的Vr表示参考矢量名，(αpr',βpr')表示参考矢量的坐标。计算最靠近采样参考矢量的基本矢量的方法为：分别对参考电压矢量Vr的坐标分量进行取整得基本矢量V0(α0',β0')，其中：α0'＝floor(αr')，β0'＝floor(βr')；floor(*)为向下取整函数；基本矢量包括V0(α0',β0')、V1(α0'+1,β0')、V2(α0',β0'+1)，V3(α0'+1,β0'+1)；第一种情况：当(αr'-α0')+(βr'-β0')≤1时，用基本矢量V0、V1、V2分时制合成参考电压矢量Vr；“分时制”是一种计算方法，不是简单的组合。第二种情况：当(αr'-α0')+(βr'-β0')＞1时，用基本矢量V3、V1、V2分时制合成参考电压矢量Vr。第一种情况：当利用V0、V1、V2分时制合成参考电压矢量Vr时：(1)在基本矢量V0作用时间段，即用-β0'、α0'+β0'、-α0'分别作为三角形连接逆变器AB相、BC相、CA相的控制信号；(2)基本矢量V1作用时间段，即用-β0'、α0'+β0'+1、-(α0'+1)分别作为三角形连接逆变器AB相、BC相、CA相的控制信号；(3)在基本矢量V2作用时间段，即用-(β0'+1)、α0'+β0'+1、-α0'分别作为三角形连接逆变器AB相、BC相、CA相的控制信号。第二种情况：当利用V3、V1、V2分时制合成参考电压矢量Vr时：(1)在基本矢量V3作用时间段，即用-(β0'+1)、α0'+β0'+2、-(α0'+1)分别作为三角形连接逆变器AB相、BC相、CA相的控制信号；(2)在基本矢量V1作用时间段，即用-β0'、α0'+β0'+1、-(α0'+1)分别作为三角形连接逆变器AB相、BC相、CA相的控制信号；(3)在基本矢量V2作用时间段，即用-(β0'+1)、α0'+β0'+1、-α0'分别作为三角形连接逆变器AB相、BC相、CA相的控制信号。优选的，n＝3～12。优选的，n＝3。本专利技术的目的是针对三角形连接的H桥级联多电平逆变器，基于α'-β'坐标下基本矢量即为线电压矢量的特点，直接使用采样所得线电压控制矢量作为三相桥臂的控制信号，实现三角形连接级联H桥多电平逆变器的控制。为达到上述目的，本专利技术的技术方案为：三角形连接的级联H桥多电平逆变器的一种快速空间矢量调制方法，是基于α'-β'坐标系，适用于三角形连接的级联H桥多电平逆变器的空间矢量调制方法，α'-β'坐标系是由传统α-β坐标系经过逆时针旋转45°并压缩轴向比例得到的坐标系，该坐标系的优点是基本矢量全部位于整数坐标点上，且矢量的坐标就表示线电压输出电平的值；所述快速空间矢量调制方法，基于α'-β'坐标系，计算出三角形连接级联H桥多电平逆变器的等效星形连接级联H桥多电平逆变器模型，利用该等效星形连接级联H桥多电平逆变器模型的相电压控制信号计算矢量轨迹表达式，此矢量轨迹即为参考矢量轨迹，对参考矢量轨迹采样，并利用伏秒平衡的原理计算合成参考矢量的等效基本矢量，所得基本矢量的坐标即为线电压矢量坐标，直接利用该线电压矢量控制三角形连接级联H桥多电平逆变器的各相，即可实现对逆变器的调制。该方法不需要计算基本矢量对应的各相的开关状态信号，不存在各相的冗余开关状态矢量计算，大大简化了级联多电平逆变器空间矢量调制方法，且能保证三角形连接级联H桥逆变器的三相输出电压之和在任意时刻均为零，使输出电压完全对称。三角形连接的级联H桥多电平逆变器的一种快速空间矢量调制方法，包括以下具体步骤：步骤一：将传统的α-β坐标系转换为α'-β'坐标系，传统空间矢量调制方法的基本矢量表达式为：式(1)中，α和β分别表示α-β坐标系中基本矢量的坐标值，a、b、c分别表示级联多电平逆变器三相的相电压输出电平，从公式(1)可以看出，基本矢量(α,β)分布在非整数坐标点上，且由于公式(1)是非齐次线性方程组，开关状态矢量(a,b,c)存在冗余。将α-β坐标经过逆时针旋转45°并压缩轴向比例得到α'-β'坐标系，α'-β'坐标系上基本矢量的表达式为：式(2)中，α'和β'分别表示α'-β'坐标系中基本矢量的坐标值，从公式(2)可以看出，基本矢量(α',β')分布在整数坐标点上，且α'、β'和α'+β'分别表示逆变器输出线电压的电平。步骤二：构造三角形连接级联H桥多电平逆变器的等效星形连接级联H桥多电平逆变器模型，根据式(2)可得，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于空间矢量调制方法的三角形连接级联H桥逆变器，其特征在于，三角形连接级联H桥逆变器的三相呈三角形连接，且每相均由2n个H桥级联；每一个H桥包括4个IGBT；采用基于空间矢量调制方法对三角形连接级联H桥逆变器实施控制；所述的空间矢量调制方法基于三角形轨迹模型而来；三角形轨迹模型采用α'‑β'坐标系，α'‑β'坐标系中的基本矢量的表达式为：

【技术特征摘要】
1.一种基于空间矢量调制方法的三角形连接级联H桥逆变器，其特征在于，三角形连接级联H桥逆变器的三相呈三角形连接，且每相均由2n个H桥级联；每一个H桥包括4个IGBT；采用基于空间矢量调制方法对三角形连接级联H桥逆变器实施控制；所述的空间矢量调制方法基于三角形轨迹模型而来；三角形轨迹模型采用α'-β'坐标系，α'-β'坐标系中的基本矢量的表达式为：式中，a,b和c分别开关状态矢量(a,b,c)的三个分量；三角形轨迹模型，由下式表征：m表示三角形连接方式线电压调制系数；基于三角形轨迹模型对三角形连接的级联H桥逆变器实施空间矢量调制；将三角形轨迹模型等效为星型轨迹模型，如下：m'表示星形连接方式相电压调制系数，有星型轨迹模型是指星形连接方式下n个H桥级联(即每相均由n个H桥级联而成)的多电平逆变器输出电压空间矢量轨迹模型；根据三角形轨迹模型与星型轨迹模型的等效关系，故基于星型轨迹模型实现对三角形连接的级联H桥逆变器实施空间矢量调制。2.根据权利要求1所述的基于空间矢量调制方法的三角形连接级联H桥逆变器，其特征在于，对星形连接级联H桥多电平逆变器输出参考电压空间矢量轨迹模型进行采样，计算最靠近采样参考矢量Vr(αpr',βpr')的三个基本矢量，并把这三个基本矢量作为等效基本矢量，利用伏秒平衡原理计算合成采样参考矢量的等效基本矢量作用时间，直接利用基本矢量作为三角形连接级联H桥逆变器各相的控制信号；其中，Vr(αpr',βpr')中的Vr表示参考矢量名，(αpr',βpr')表示参考矢量的坐标。3.根据权利要求2所述的基于空间矢量调制方法的三角形连接级联H桥逆变器，其特征在于，计算最靠近采样参考矢量的基本矢量的方法为：分别对参考电压矢量Vr的坐标分量进行取整得基本矢量V0(α0',β0')，其中：α0'＝floor(αr')，β0'＝floor(βr')；floor(*)为向下取整函数；基...

【专利技术属性】
技术研发人员：王翠，欧阳俊铭，张兴旺，曾瑄，崔晓斌，
申请(专利权)人：南昌工程学院，
类型：发明
国别省市：江西,36