用于电流源型变流器的多功能空间矢量调制方法技术

本发明专利技术公开了一种用于电流源型变流器的多功能空间矢量调制方法，可在降低电流源变流器共模电压的同时补偿系统无功，步骤为：1.根据clark变换将电流源变流器9种开关电流状态映射到αβ空间坐标系下的9个矢量状态；2.计算每个矢量对应的共模电压，提出降低挑选零矢量的方法降低系统共模电压；3.将变流器并网点电压电流变换到dq坐标下，通过控制变流器d轴、q轴电流分别控制系统有功无功，并由此确定变流器调制参考矢量；4.由安秒平衡原理确定合成参考矢量的三个开关矢量，再根据步骤2中的方法确定零矢量对应开关状态。该调制方法通过dq坐标变换实现有功无功独立控制，同时挑选共模电压最低的零矢量用于合成参考矢量降低系统共模电压。

Multifunctional Space Vector Modulation Method for Current Source Converter

The invention discloses a multi-function space vector modulation method for current source converter, which can compensate system reactive power while reducing common-mode voltage of current source converter. The steps are as follows: 1. Mapping nine switching current states of current source converter to nine vector states in alpha beta space coordinate system according to Clark transformation; 2. Calculating common-mode voltage corresponding to each vector, and proposing reducing pick-up. The zero-vector method reduces the common-mode voltage of the system; 3. Converting the grid-connected voltage and current of the converter to the D Q coordinate, the active and reactive power are controlled by controlling the d-axis and q-axis currents of the converter respectively, and the modulation reference vector of the converter is determined accordingly; 4. The three switching vectors of the synthetic reference vector are determined by the ampere-second balance principle, and then the zero-vector corresponding switch is determined according to the method in step 2. Status. The modulation method realizes active and reactive power independent control by dq coordinate transformation, and chooses the zero vector with the lowest common-mode voltage to synthesize the reference vector to reduce the common-mode voltage of the system.

【技术实现步骤摘要】
用于电流源型变流器的多功能空间矢量调制方法
本专利技术涉及一种多功能电流源型变流器空间矢量调制方法，具体涉及一种可以同时降低电流源变流器共模电压及实现变流器最大功率因数运行的调制方法。
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。三相电流源型变流器应用非常广泛，其原理是采用开关管搭建主电路，再配合相应的调制方法，控制开关管的开关状态，使输入/输出电流波形近似正弦。电流源变流器空间矢量调制方法的基本原理是将电流源型三相全桥变流器九种PWM电流状态经过坐标变换得到九种静止电流矢量，再将三相正弦参考电流经过坐标变换得出参考电流矢量，之后选择九个静止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。由于传统空间矢量调制方法未对零矢量进行挑选，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，但增加系统体积和成本。另一方面因为变流器交流侧LC滤波电路滤波电容的存在，会造成电网节点具有超前功率因数。
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，提供一种用于电流源型变流器的多功能空间矢量调制方法，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的同时实现变流器最大功率因数运行。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：用于电流源型变流器的多功能空间矢量调制方法，包括以下步骤：(1)对电流源型变流器的9种开关状态对应的三相PWM电流进行克拉克坐标变换，将三相PWM电流变换为αβ平面上的两相空间电流矢量，并将两相空间电流矢量按照长度分为两组：零矢量(Ia0、Ib0和Ic0)、非零矢量(I1…I6)；变换公式为(1-1)其中，iwa(t)、iwb(t)、iwc(t)为三相PWM电流，iα(t)、iβ(t)为两相空间电流矢量I(t)的α、β轴分量；(2)由电流源型变流器共模电压产生原理，计算每个开关状态产生的共模电压，得到降低共模电压的调制方法；(3)将变流器并网点电压、电流经派克坐标变换映射到dq旋转坐标系下，通过控制变流器d轴、q轴电流控制变流器有功无功，实现变流器最大功率因数运行，并由此确定空间矢量调制的参考矢量；(4)由安秒平衡原理确定合成参考矢量的三个开关矢量及作用时间，并根据步骤(2)中的方法确定零矢量对应开关状态。进一步的，所述步骤(2)具体包括如下步骤：(1)变流器共模电压由式(1-2)确定：其中vcmv为变流器共模电压，vgp和vgn为变流器直流侧上、下母线对地电压；(2)计算9个开关状态对应共模电压，在忽略交流侧滤波电感压降的情况下，由式(1-2)可得零矢量产生共模电压峰值为Um，非零矢量对应共模电压峰值为0.5Um，Um为电网相电压峰值；(3)根据电网电压挑选共模电压最小的零矢量用于合成参考矢量：其中va、vb、vc为电网三相电压。进一步的，所述步骤(3)中，实现变流器有功无功独立控制包括如下步骤：(1)将电网电压、并网电流由派克公式(1-4)变换到dq旋转坐标系下，并计算系统有功无功：其中ω为电网电压角速度，t为时间；为dq坐标下电压矢量，Ugd、Ugq为电压矢量的d轴q轴分量；为dq坐标下电流矢量，Igd、Igq为电流矢量的d轴q轴分量，ia、ib、ic为变流器三相并网电流；P、Q为变流器有功和无功功率；(2)由公式(1-6)分别控制变流器d轴q轴电流可独立控制系统有功无功功率，并由此确定参考矢量。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：1.本专利技术可同时降低电流源型变流器共模电压以及实现系统单位功率因数运行。针对电流源变流器共模电压问题，计算每个开关矢量产生共模电压。分析指出变流器共模电压峰值由零矢量对应开关状态产生，为此提出通过挑选零矢量的方法降低系统共模电压。针对LC滤波器造成系统超前功率因数的问题，提出直接功率控制策略。在dq旋转坐标系下对变流器d轴q轴电流独立控制，补偿LC滤波器的无功电流实现变流器最大功率因数运行。由功率控制策略得到系统参考调制波，再由挑选零矢量的空间矢量调制方法确定开关信号，驱动变流器运行。2.计算了电流源变流器每个开关状态对应共模电压。指出系统共模电压峰值由零矢量产生，并通过挑选零矢量的方法降低变流器共模电压峰值。同时针对超前功率因数问题，通过dq坐标下有功无功解耦实现直接功率控制，可使电流源变流器最大功率因数运行。3.本专利技术提出的基于电流源变流器的多功能空间矢量调制策略，可以在降低变流器共模电压的同时补偿系统无功电流保证系统最大功率因数运行。附图说明图1为本专利技术实施例中电流源整流器拓扑结构示意图。图2为电流源变流器的空间矢量图。图3为共模电压仿真波形图。图4为变流器直流侧负载电流仿真波形图。图5(a)、图5(b)和图5(c)分别为变流器交流侧电网电压、并网电流和PWM电流波形图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的基于电流源变流器的多功能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，电流源型整流器采用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。本专利技术本用于电流源整流器的多功能空间矢量调制方法基本步骤如下：步骤1：根据电流源变流器约束条件：任何时刻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，电流源整流器可以确定9种三相PWM电流状态。将9种三相PWM电流状态经过坐标变换得到9种两相空间电流矢量。这些矢量按照长度可以分为两组：零矢量(和)、非零矢量变换公式为(2-1)，空间矢量图见图2，对应开关状态分类见表1。其中，iwa(t)、iwb(t)、iwc(t)为三相PWM电流，iα(t)、iβ(t)为两相空间电流矢量I(t)的α、β轴分量。表1步骤2：计算各个矢量产生共模电压，共模电压可由下式确定其中vcmv为变流器共模电压，vgp和vgn为变流器直流侧上、下母线对地电压。每个开关状态对应共模电压见表1右侧。可以看出非零矢量产生共模电压峰值为0.5Um，Um为电网相电压峰值；零矢量产生共模电压峰值为Um。因此，抑制共模电压的首要任务就是降低零矢量引起的共模电压。为降低共模电压幅值，采用挑选零矢量方法。即在每一个采样时刻在线实时采集电流源型变流器网侧三相电网电压幅值，挑选其中电压绝对值最小的电网相电压，根据式(2-3)选择相对应的零矢量作为本次采样周期使用的空间矢量。其中va、vb、vc为电网三相电压。步骤3：将电网电压、并网电流由派克(park)公式(2-4)变换到dq旋转坐标系下，并计算系统有功无功。其中ω为电网电压角速度，t为时间；为dq坐标下电压矢量，Ugd、Ugq为电压矢量d轴q轴分量；为dq坐标下电流矢量，Igd、Igq为电流矢量d轴q轴分量，ia、ib、ic为变流器三相并网电流；P、Q为变流器有功和无功功率。步骤4：由公式(2-6)，分别控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于电流源型变流器的多功能空间矢量调制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对电流源型变流器的9种开关状态对应的三相PWM电流进行克拉克坐标变换，将三相PWM电流变换为αβ平面上的两相空间电流矢量，并将两相空间电流矢量按照长度分为两组：零矢量(Ia0、Ib0和Ic0)、非零矢量(I1…I6)；变换公式为(1‑1)

【技术特征摘要】
1.用于电流源型变流器的多功能空间矢量调制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对电流源型变流器的9种开关状态对应的三相PWM电流进行克拉克坐标变换，将三相PWM电流变换为αβ平面上的两相空间电流矢量，并将两相空间电流矢量按照长度分为两组：零矢量(Ia0、Ib0和Ic0)、非零矢量(I1…I6)；变换公式为(1-1)其中，iwa(t)、iwb(t)、iwc(t)为三相PWM电流，iα(t)、iβ(t)为两相空间电流矢量I(t)的α、β轴分量；(2)由电流源型变流器共模电压产生原理，计算每个开关状态产生的共模电压，得到降低共模电压的调制方法；(3)将变流器并网点电压、电流经派克坐标变换映射到dq旋转坐标系下，通过控制变流器d轴、q轴电流控制变流器有功无功，实现变流器最大功率因数运行，并由此确定空间矢量调制的参考矢量；(4)由安秒平衡原理确定合成参考矢量的三个开关矢量及作用时间，并根据步骤(2)中的方法确定零矢量对应开关状态。2.根据权利要求1所述用于电流源型变流器的多功能空间矢量调制方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括如下步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：何晋伟，张昌浩，李强，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12