适用于线电压级联型三重化变流器的SVPWM调制方法技术

一种适用于线电压级联型三重化变流器的SVPWM调制方法，将线电压级联型三重化变流器的三个单元看作一个整体，把各开关组合化为相应的等效电路，根据等效电路得出开关组合在矢量空间所处的位置，选取其中有效的开关组合组成具有多冗余状态的三电平矢量空间。本发明专利技术可应用于电机调速、可再生能源发电等领域，能够有效降低传统载波移相SVPWM导致的单元间连接回路电流过大的问题，去掉了大量非理想的开关状态，减少了交流侧电压尖峰与谐波，省去了硬件电路中的限流电感；并保持了SVPWM可达到的直流母线电压利用效果；同时，产生的冗余开关状态提高了控制的自由度，有效的降低了电流谐波。

【技术实现步骤摘要】
适用于线电压级联型三重化变流器的SVPWM调制方法
本专利技术涉及一种变流器的SVPWM调制方法。特别是涉及一种用于电机调速、可再生能源发电的适用于线电压级联型三重化变流器的SVPWM调制方法。
技术介绍
电力电子技术在电气传动、新能源发电的应用领域不断拓展，其面临的电压与功率等级也在不断提升。而受限于半导体技术的发展速度，单个半导体器件的电压与功率等级往往难以适应一些高电压、大功率场合。在电压型逆变器中，传统两电平逆变器在低压、小功率领域占主导地位，而在高压、大功率场合则存在一些固有问题，例如，为提高输出波形质量需要提高开关频率或是采用更高阶滤波器，从而造成较大的开关损耗及成本问题；为实现中高压输出则需要升压变压器或采用器件串联技术，前者体积较大、制造成本较高，而后者则需要增加复杂的静、动态均压电路，可靠性难以保证。如高压矿井提升，电机端电压达6kV以上，这就要求电机侧逆变器直流母线电压达10kV以上，传统两电平，甚至三电平结构都是难以适应的。为此，国内外科研人员通过重组两电平模块，构成多重化结构变流器。现有线电压级联型三重化变流器的调制方法多为载波移相正弦脉宽调制(CPS-SPWM)或载波移相空间矢量调制(CPS-SVPWM)，这些方法都将级联型变流器看作独立的单元而进行分别控制，没有考虑单元之间的相互影响，会造成单元之间存在较大的电流。因此，在线电压级联型三重化变流器中，通常在单元与单元之间加入限流电感以抑制过大的电流，这样不仅增加了变流器设计的复杂度，同时也增加了变流器的成本。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种简单可行、可靠性高的适用于线电压级联型三重化变流器的SVPWM调制方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种适用于线电压级联型三重化变流器的SVPWM调制方法，包括如下步骤：1)将线电压级联型三重化变流器中由三个独立直流电源VDC1、VDC2、VDC3供电的三个三相两电平逆变器分别记为第一单元1、第二单元2和第三单元3，将第一单元1的第一桥臂的输出a1、第二单元2的第二桥臂的输出b2和第三单元3的第三桥臂的输出c3对应作为线电压级联型三重化变流器的A相输出、B相输出和C相输出，并分别定义构成线电压级联型三重化变流器的各开关管；2)根据线电压级联型三重化变流器等效电路的开关选取原则，从512种开关组合中找出构成不会引起三个独立直流电源VDC1、VDC2、VDC3形成短路状态的6种等效电路的最佳开关组合；3)根据6种等效电路的最佳开关组合，得出三电平矢量空间图，得到线电压级联型三重化变流器的开关组合与空间矢量之间的关系；4)使用最近三矢量法合成参考电压矢量。步骤1)所述的定义构成线电压级联型三重化变流器的各开关管是：第一单元1上桥臂的三个开关管由直流电源VDC1端到负载端依次为开关管S11、开关管S12和开关管S13；第二单元2上桥臂的三个开关管由直流电源VDC2端到负载端依次为开关管S21、开关管S22和开关管S23；第三单元3上桥臂的三个开关管由直流电源VDC3端到负载端依次为开关管S31、开关管S32和开关管S33。步骤2)所述的512种开关组合是：由A相的两个开关自由度、B相的两个开关自由度、C相的两个开关自由度、第一单元1与第二单元2之间的四个开关自由度、第一单元1与第三单元3之间的四个开关自由度以及第二单元2与第三单元3之间的四个开关自由度构成的23+43＝512种开关组合。步骤2)所述的等效电路的开关选取原则是：将构成A相输出的开关管S11、构成B相输出的开关管S22和构成C相输出的开关管S33根据所需空间矢量任意配置为0或1，其余的开关管S12、开关管S13、开关管S21、开关管S23、开关管S31和开关管S32的选取满足以下六种情况中的一种：(1)S12＝0，S21＝1，S13＝0，S31＝1，且S23⊙S32＝1；(2)S21＝0，S12＝1，S23＝0，S32＝1，且S13⊙S31＝1；(3)S31＝0，S13＝1，S32＝0，S23＝1，且S12⊙S21＝1；(4)S13＝0，S31＝1，S23＝0，S32＝1，且S12⊙S21＝1；(5)S21＝0，S12＝1，S31＝0，S13＝1，且S23⊙S32＝1；(6)S12＝0，S21＝1，S32＝0，S23＝1，且S13⊙S31＝1；其中，⊙为同或符号，同或符号两端开关信号相同时，逻辑输出为1，不同时，逻辑输出为0。步骤3)包括：根据6种等效电路得到线电压级联型三重化变流器的等效相电压uA、uB、uC，设VDC为三个独立直流电源VDC1、VDC2、VDC3的电压的平均值，则uA,uB,uC∈0,VDC,2VDC，此时变流器的输出电压合成空间矢量表示为：式中，e为自然常数，j为虚数单位；将各等效电路下的不同开关组合所形成的等效相电压代入上式，得到各开关组合在矢量空间中的矢量，所有矢量共同组成了具有多冗余状态的三电平矢量空间，从而建立了线电压级联型三重化变流器的开关组合与空间矢量之间的关系。本专利技术的适用于线电压级联型三重化变流器的SVPWM调制方法，有效降低了传统载波移相SVPWM导致的单元间连接回路电流过大的问题，去掉了大量非理想的开关状态，减少了交流侧电压尖峰与谐波，省去了硬件电路中的限流电感；本专利技术的方法保持了SVPWM可达到的直流母线电压利用效果；同时，产生的冗余开关状态提高了控制的自由度，有效的降低了电流谐波。本专利技术的方法可应用于电机调速、可再生能源发电等领域。附图说明图1是线电压级联型三重化变流器拓扑图；图中：1：第一单元2：第二单元3：第三单元4：阻感负载5：限流电感图2a是第一等效电路图；图2b是第二等效电路图；图2c是第三等效电路图；图2d是第四等效电路图；图2e是第五等效电路图；图2f是第六等效电路图：图3是三电平空间矢量图；图4是调制度为0.8时线电压输出波形；图5是调制度为0.8时线电压波形THD；图6a是调制度为0.8时单元1的a1b1之间的线电压输出波形；图6b是调制度为0.8时单元1的b1c1之间的线电压输出波形；图6c是调制度为0.8时单元1的a1c1之间的线电压输出波形。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术的适用于线电压级联型三重化变流器的SVPWM调制方法做出详细说明。线电压级联型三重化变流器拓扑结构如图1所示。在使用传统载波移相调制时，由于存在单元间的较大电流，因此在单元与单元之间互连时要加入共3个限流电感，而采用本专利技术中的SVPWM调制时，可以省去限流电感，故图中限流电感以虚线表示。本专利技术的适用于线电压级联型三重化变流器的SVPWM调制方法，包括如下步骤：1)将线电压级联型三重化变流器中由三个独立直流电源VDC1、VDC2、VDC3供电的三个三相两电平逆变器分别记为第一单元1、第二单元2和第三单元3，将第一单元1的第一桥臂的输出a1、第二单元2的第二桥臂的输出b2和第三单元3的第三桥臂的输出c3对应作为线电压级联型三重化变流器的A相输出、B相输出和C相输出，并分别定义构成线电压级联型三重化变流器的各开关管；由于上、下臂桥互补导通，所以可以只考虑上桥臂开关管通断状态，记各单元中的所有上桥臂开关管为Shi，其中h为单元编号，i为桥臂编号，h,i∈1,2,3，Shi＝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于线电压级联型三重化变流器的SVPWM调制方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将线电压级联型三重化变流器中由三个独立直流电源VDC1、VDC2、VDC3供电的三个三相两电平逆变器分别记为第一单元(1)、第二单元(2)和第三单元(3)，将第一单元(1)的第一桥臂的输出(a1)、第二单元(2)的第二桥臂的输出(b2)和第三单元(3)的第三桥臂的输出(c3)对应作为线电压级联型三重化变流器的A相输出、B相输出和C相输出，并分别定义构成线电压级联型三重化变流器的各开关管；2)根据线电压级联型三重化变流器等效电路的开关选取原则，从512种开关组合中找出构成不会引起三个独立直流电源VDC1、VDC2、VDC3形成短路状态的6种等效电路的最佳开关组合；3)根据6种等效电路的最佳开关组合，得出三电平矢量空间图，得到线电压级联型三重化变流器的开关组合与空间矢量之间的关系；4)使用最近三矢量法合成参考电压矢量。

【技术特征摘要】
1.一种适用于线电压级联型三重化变流器的SVPWM调制方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将线电压级联型三重化变流器中由三个独立直流电源VDC1、VDC2、VDC3供电的三个三相两电平逆变器分别记为第一单元(1)、第二单元(2)和第三单元(3)，将第一单元(1)的第一桥臂的输出(a1)、第二单元(2)的第二桥臂的输出(b2)和第三单元(3)的第三桥臂的输出(c3)对应作为线电压级联型三重化变流器的A相输出、B相输出和C相输出，并分别定义构成线电压级联型三重化变流器的各开关管；2)根据线电压级联型三重化变流器等效电路的开关选取原则，从512种开关组合中找出构成不会引起三个独立直流电源VDC1、VDC2、VDC3形成短路状态的6种等效电路的最佳开关组合；3)根据6种等效电路的最佳开关组合，得出三电平矢量空间图，得到线电压级联型三重化变流器的开关组合与空间矢量之间的关系；4)使用最近三矢量法合成参考电压矢量。2.根据权利要求1所述的适用于线电压级联型三重化变流器的SVPWM调制方法，其特征在于，步骤1)所述的定义构成线电压级联型三重化变流器的各开关管是：第一单元(1)上桥臂的三个开关管由直流电源VDC1端到负载端依次为开关管S11、开关管S12和开关管S13；第二单元(2)上桥臂的三个开关管由直流电源VDC2端到负载端依次为开关管S21、开关管S22和开关管S23；第三单元(3)上桥臂的三个开关管由直流电源VDC3端到负载端依次为开关管S31、开关管S32和开关管S33。3.根据权利要求1所述的适用于线电压级联型三重化变流器的SVPWM调制方法，其特征在于，步骤2)所述的512种开关组合是：由A相的两个开关自由度、B相的两个开关自由度、C相的两个开关自由度、第一单元(1)与第二单元(2)之间的四个开关自由度、第一单元(1)与第三单元(3)之间的四个开...

【专利技术属性】
技术研发人员：史婷娜，姚欢，王志强，夏长亮，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12