一种基于并联电流源型变流器的空间矢量调制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于并联电流源型变流器空间矢量调制方法，可以同时降低变流器共模电压和实现直流桥臂均流。其方法为：通过克拉克变换建立并联电流源型变流器开关状态电流矢量图，并对电流矢量分类；计算每个电流矢量对应共模电压，挑选共模电压较低的电流矢量用于调制；对每类电流矢量的冗余状态进行分析，指出中矢量和小矢量可以用于直流桥臂均流；由开关矢量根据安秒平衡原理合成参考矢量，再根据桥臂不均流情况和电网电压状态挑选冗余矢量。该方法采用了共模电压比较低的矢量用于合成参考矢量，在每个采样周期用中矢量和小矢量冗余开关状态进行均流控制，可以降低变流器共模电压同时实现并联电流源变流器直流桥臂均流。

【技术实现步骤摘要】
一种基于并联电流源型变流器的空间矢量调制方法
本专利技术涉及并联电流源型变流器空间矢量调制，具体涉及一种可以同时降低变流器共模电压及实现直流桥臂电流均流的空间矢量调制方法。
技术介绍
变流技术是将电能由直流转变为交流或交流转变为直流的技术，在当今工业应用中扮演着重要的角色。并联电流源型三相全桥逆变器应用非常广泛，其原理是采用开关管来搭建主电路，再配以相应的调制方法，控制开关管的开关状态，使输出电流波形近似正弦。并联电流源变流器空间矢量调制方法的基本原理是将并联电流源型三相全桥变流器十九种PWM电流状态经过坐标变换得到十九种电流矢量，再将三相正弦参考电流经过坐标变换得出参考电流矢量，之后选择十九种电流矢量中若干矢量根据安秒平衡原理合成参考电流矢量，并由此确定各开关管的开关状态。理论推导和实验均表明，空间矢量调制具有直流电流利用率高，谐波特性好等优点。传统三电平空间矢量调制由于零矢量的作用，变流器的共模电压峰值较高，不利于系统绝缘。采用增加共模电抗器的方法，虽然可以在一定程度降低共模电压的影响，但增加系统体积及成本。另一方面，对于并联电流源型变流器，由于半导体器件通态压降不等、驱动信号有不同延时及直流母线电感参数不一致等原因，会造成两个变流器并联运行时直流桥臂电流不平衡，致使某一变流器过载。而降低共模电压及实现直流电流均衡两个问题相互耦合，往往不能同时满足两个控制目标。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，公开了一种基于并联电流源型变流器的空间矢量调制方法，将开关电流矢量分为大、中、小、零四类，零矢量不用于调制；大矢量没有冗余状态；中矢量共模电压较低其冗余状态可以用于直流电流均流；把小矢量可以分为A类和B类两种，A类小矢量产生共模电压较大不参与调制，B类小矢量产生的共模电压较小其冗余状态可以同时影响四个直流桥臂电流。从而可以在不加共模电抗器或共模电抗器很小的情况下，降低变流器共模电压并同时实现直流电流均衡。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于并联电流源型变流器的空间矢量调制方法，可同时降低变流器共模电压和实现直流桥臂均流，包括以下步骤：(1)对并联电流源型变流器开关状态对应的三相静止PWM电流进行克拉克变换，把三相静止PWM电流转换为αβ平面上的两相电流矢量；将所述电流矢量按照长度分为大、中、小、零四类矢量；(2)计算各个电流矢量对应的共模电压，并选择用于调制的电流矢量；(3)确定中矢量和小矢量的冗余开关状态；(4)由调制矢量参考角度和调制因数确定调制参考矢量，再由距离调制参考矢量最近的三个静止电流矢量根据安秒平衡原理合成参考矢量，并根据电网电压及桥臂不均流情况确定冗余开关实现直流桥臂均流。进一步的，步骤(1)中的克拉克变换公式为其中，iwA_sta、iwB_sta、iwC_sta为三相静止PWM电流，iα_sta(t)、iβ_sta(t)为电流空间矢量I的α、β轴分量。进一步的，步骤(2)具体包括如下步骤：a)共模电压由下式确定vcm_1＝0.5·(upc1+unc1)(1-2)vcm_2＝0.5·(upc2+unc2)(1-3)vcm＝0.5·(vcm_1+vcm_2)＝0.25·(upc1+unc1+upc2+unc2)(1-4)其中upc1、upc2分别为桥1桥2上桥臂对地电压，unc1、unc2分别为桥1桥2对地电压，vcm_1、vcm_2分别为桥1桥2对应共模电压，vcm为变流器总共模电压；b)为降低并联电流源变流器共模电压大小，参与调制的矢量包括：大矢量、中矢量和共模电压为0.25Um的小矢量，Um为电网相电压峰值。进一步的，步骤(3)包括如下步骤：a)中矢量冗余开关状态选择：当中矢量用于调制时，根据当前变流器电气信息挑选中矢量冗余开关状态用于均衡直流侧上桥臂电流或直流侧下桥臂电流；b)小矢量开关状态选择：当产生0.25Um共模电压小矢量参与调制时，根据当前变流器电气信息挑选小矢量冗余开关状态用于均衡直流侧上桥臂电流和直流侧下桥臂电流。与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：本专利技术将并联电流源型变流器的19个电流空间矢量按照长度分为四组：大、中、小和零矢量。指出在零矢量不参与调制的情况下变流器共模电压峰值由小矢量产生，将小矢量分为A、B两类，B类小矢量产生共模电压低，可用于调制。同时将中矢量和B类小矢量的冗余开关状态用于直流电流均衡。通过本专利技术方法可以在降低并联电流源型变流器共模电压的同时实现直流电流均衡。附图说明图1为并联电流源型变流器电路示意图；图2并联电流源型变流器的空间矢量图；图3并联电流源型变流器拓扑结构及控制方法示意图；图4(a)至图4(c)分别为传统三电平、小矢量A类和小矢量B类三种方法直流电流示意图。图5(a)至图5(c)分别为传统三电平、小矢量A类和小矢量B类三种方法共模电压示意图。具体实施方式下面结合附图表对本专利技术的用于并联电流源变流器空间矢量调制方法具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本专利技术。以并联电流源整流器为例，图1是本专利技术具体实施方式的电路图。如图1所示，并联电流源型整流器采用两个并联的三相全桥拓扑作为整流电路，每个全桥由六个功率开关管，在本实施例中为带反向二极管的IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)组成，两个整流桥共交直流母线。本专利技术本用于并联电流源整流器空间矢量调制方法其基本步骤如下：步骤1：根据电流源变流器约束条件：任何时间某一全桥同时有且仅有两个开关器件导通，一个位于上半桥，另一个位于下半桥。在这个约束条件下，并联全桥整流器可以确定19类静止PWM电流81种开关状态。将19种静止PWM电流状态经过坐标变换得到19种电流矢量。这些矢量按照长度可以分为四组：大、中、小和零矢量。变换公式为(1-1)，空间矢量图见图2，对应开关状态分类见表1、2、3。其中，iwA_sta、iwB_sta、iwC_sta为三相静止PWM电流，iα_sta(t)、iβ_sta(t)为电流空间矢量I的α、β轴分量。步骤2：分析各个矢量产生共模电压。共模电压可由下式确定vcm_1＝0.5·(upc1+unc1)(1-2)vcm_2＝0.5·(upc2+unc2)(1-3)vcm＝0.5·(vcm_1+vcm_2)＝0.25·(upc1+unc1+upc2+unc2)(1-4)其中，vcm-1,vcm_2分别为桥1、桥2对应共模电压，vcm为并联全桥总共模电压，upc1，unc1，upc2和unc2分别为桥1、桥2直流侧上下桥臂电压。表1：大、中矢量开关状态及对应共模电压峰值表2：小矢量开关状态及对应共模电压峰值表3：零矢量开关状态及对应共模电压峰值上述各表中：例如(16:12)表示桥1的1和6管子导通，桥2的1和2管子导通。由表1、2、3可以看出大矢量产生共模电压峰值为0.5Um，Um为电网相电压峰值；中矢量产生共模电压峰值为0.25Um；可把小矢量按对应共模电压大小分为A类和B类两种，A类小矢量对应共模电压峰值为0.66Um；B类小矢量产生共模电压峰值为0.25Um；零矢量产生共模电压峰值为0.5Um或Um。由于本专利技术中零矢量不参与调制，则共模电压峰值由A类小矢量产生，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于并联电流源型变流器的空间矢量调制方法，可同时降低变流器共模电压和实现直流桥臂均流，其特征在于，包括以下步骤：(1)对并联电流源型变流器开关状态对应的三相静止PWM电流进行克拉克变换，把三相静止PWM电流转换为αβ平面上的两相电流矢量；将所述电流矢量按照长度分为大、中、小、零四类矢量；(2)计算各个电流矢量对应的共模电压，并选择用于调制的电流矢量；(3)确定中矢量和小矢量的冗余开关状态；(4)由调制矢量参考角度和调制因数确定调制参考矢量，再由距离调制参考矢量最近的三个静止电流矢量根据安秒平衡原理合成参考矢量，并根据电网电压及桥臂不均流情况确定冗余开关实现直流桥臂均流。

【技术特征摘要】
1.一种基于并联电流源型变流器的空间矢量调制方法，可同时降低变流器共模电压和实现直流桥臂均流，其特征在于，包括以下步骤：(1)对并联电流源型变流器开关状态对应的三相静止PWM电流进行克拉克变换，把三相静止PWM电流转换为αβ平面上的两相电流矢量；将所述电流矢量按照长度分为大、中、小、零四类矢量；(2)计算各个电流矢量对应的共模电压，并选择用于调制的电流矢量；(3)确定中矢量和小矢量的冗余开关状态；(4)由调制矢量参考角度和调制因数确定调制参考矢量，再由距离调制参考矢量最近的三个静止电流矢量根据安秒平衡原理合成参考矢量，并根据电网电压及桥臂不均流情况确定冗余开关实现直流桥臂均流。2.根据权利要求1所述一种基于并联电流源型变流器的空间矢量调制方法，其特征在于，步骤(1)中的克拉克变换公式为其中，iwA_sta、iwB_sta、iwC_sta为三相静止PWM电流，iα_sta(t)、iβ_sta(t)为电流空间矢量I的α、β轴分量。3.根据权利要求1所述一种基于并联电流源型变流器的空间矢量调制方法，其特征在于，步骤(...

【专利技术属性】
技术研发人员：何晋伟，李强，王浩，郝宏远，李渝，孙谊媊，
申请(专利权)人：天津大学，国网新疆电力有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12