十开关三相三电平逆变器及其控制方法技术

本发明专利技术提供了一种十开关三相三电平逆变器及其控制方法。一种十开关三相三电平逆变器包括：A相桥臂、B相桥臂、C相桥臂、有源钳位电路、第一开关器件和第四开关器件；其中A相桥臂、B相桥臂、C相桥臂、有源钳位电路分别采用2个开关器件构成。与相关技术相比，本发明专利技术可以减少有源开关器件和无源器件的数量，减小逆变器的体积和降低生产成本。

Ten switch three-phase three-level inverter and its control method

【技术实现步骤摘要】
十开关三相三电平逆变器及其控制方法
本专利技术涉及控制
，尤其涉及一种十开关三相三电平逆变器及其控制方法。
技术介绍
相关技术中二极管钳位型三电平逆变器通常采用图1所示的二极管钳位型三电平拓扑(黑色圆点表示连接)。参见图1，每个桥臂采用独立的三电平单元，因此整体需要多达12个有源开关器件和6个无源钳位二极管，从而使得系统总体成本相对较高。在高压大功率场合，有源器件成本占系统总体成本比例更高，该劣势更为突出。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供了一种十开关三相三电平逆变器及其控制方法，用于解决相关技术中存在的技术问题。第一方面，本专利技术实施例提供了一种十开关三相三电平逆变器，输入侧连接一个直流电源，所述直流电源包括一个电压中位点，包括：A相桥臂、B相桥臂、C相桥臂、有源钳位电路、第一开关器件和第四开关器件；所述A相桥臂的第一端、所述B相桥臂的第一端和所述C相桥臂的第一端分别经由所述第一开关器件与所述直流电源的正极连接；所述A相桥臂的第二端、所述B相桥臂的第二端和所述C相桥臂的第二端分别经由所述第四开关器件与所述直流电源的负极连接；所述A相桥臂的第三端、所述B相桥臂的第三端和所述C相桥臂的第三端作为输出端输出三相电压；所述有源钳位电路的第一端经由所述第一开关器件与所述直流电源的正极连接；所述有源钳位电路的第二端经由所述第四开关器件与所述直流电源的负极连接；所述有源钳位电路的第三端作为输出端与所述直流电源的电压中位点连接。可选地，还包括：第一直流分压电容和第二直流分压电容；所述第一直流分压电容和所述第二直流分压电容串联后再并联在直流电源两端，且所述第一直流分压电容和所述第二直流分压电容的串联连接点为所述直流电源的电压中位点。可选地，所述A相桥臂、所述B相桥臂、所述C相桥臂和有源钳位电路分别采用2个开关器件构成。可选地，所述A相桥臂包括第二开关器件和第三开关器件；所述第二开关器件的第一端与所述A相桥臂的第一端连接，所述第二开关器件的第二端与所述第三开关器件的第一端均连接于所述A相桥臂的第三端，所述第三开关器件第二端与所述A相桥臂的第二端连接；所述第二开关器件的第三端作为控制端接收外部的控制信号，用于导通或者断开所述第二开关器件；所述第三开关器件的第三端作为控制端接收外部的控制信号，用于导通或者断开所述第三开关器件。可选地，所述B相桥臂包括第五开关器件和第六开关器件；所述第五开关器件的第一端与所述B相桥臂的第一端连接，所述第五开关器件的第二端与所述第六开关器件的第一端均连接于所述B相桥臂的第三端，所述第六开关器件第二端与所述B相桥臂的第二端连接；所述第五开关器件的第三端作为控制端接收外部的控制信号，用于导通或者断开所述第五开关器件；所述第六开关器件的第三端作为控制端接收外部的控制信号，用于导通或者断开所述第六开关器件。可选地，所述C相桥臂包括第七开关器件和第八开关器件；所述第七开关器件的第一端与所述C相桥臂的第一端连接，所述第七开关器件的第二端与所述第八开关器件的第一端均连接于所述C相桥臂的第三端，所述第八开关器件第二端与所述C相桥臂的第二端连接；所述第七开关器件的第三端作为控制端接收外部的控制信号，用于导通或者断开所述第七开关器件；所述第八开关器件的第三端作为控制端接收外部的控制信号，用于导通或者断开所述第八开关器件。可选地，所述有源钳位电路包括第九开关器件和第十开关器件；所述第九开关器件的第一端与所述有源钳位电路的第一端连接，所述第九开关器件的第二端与所述第十开关器件的第一端均连接于所述有源钳位电路的第三端，所述第十开关器件第二端与所述有源钳位电路的第二端连接；所述第九开关器件的第三端作为控制端接收外部的控制信号，用于导通或者断开所述第九开关器件；所述第十开关器件的第三端作为控制端接收外部的控制信号，用于导通或者断开所述第十开关器件。第二方面，本专利技术实施例提供了一种十开关三相三电平逆变器SVPWM调制策略，包括：获取参考矢量在预设六个大扇区中的目标大扇区；每个所述大扇区预设两个小扇区；获取所述参考矢量在所述目标大扇区中的目标小扇区；根据伏秒平衡的原理，基于所述目标小扇区获取合成所述参考矢量的各基准矢量的作用时间；所述基准矢量指在所述目标小扇区内与所述参考矢量相邻的三个或四个矢量；根据所述参考矢量在所述目标大扇区中的目标小扇区选择相应的矢量作用次序，并根据所选择的矢量作用次序将基准矢量的作用时间对应分配至矢量作用次序对应的各个矢量中，据此对所述十开关三相三电平逆变器进行控制，以获得三相三电平。可选地，所述获取所述参考矢量在所述目标大扇区中的目标小扇区包括：获取所述参考矢量在α轴和β轴的分量Vα、Vβ；计算若则确定所述参考矢量位于所述目标大扇区中的A扇区；若则确定所述参考矢量位于所述目标大扇区中的B扇区；其中，A扇区是指靠近α轴和β轴所在坐标系的原点的小扇区，B扇区是指远离α轴和β轴所在坐标系的原点的小扇区。可选地，根据所述各基准矢量的作用时间选择相应的矢量及其次序采用以下原则：(1)保证在一个开关周期内，所述十开关三相三电平逆变器中各开关器件最多只导通一次；(2)所选取的小矢量可以实现对分压电容电压进行开关频率级的调节。第三方面，本专利技术实施例提供了一种十开关三相三电平逆变器注入共模分量的SPWM调制策略，包括：在每个时刻对三相对称调制波同时注入共模分量，避免同时出现三个电平。由上述技术方案可知，本专利技术可以减少有源开关器件和无源器件的数量，减小逆变器的体积和降低生产成本。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。图1为相关技术中一种十开关三相三电平逆变器拓扑结构示意图。图2为本专利技术一实施例提供的一种十开关三相三电平逆变器的框图。图3为本专利技术一实施例提供的一种十开关三相三电平逆变器的电路图。图4为本专利技术一实施例提供的逆变器在零矢量000工作模态下的等效电路示意图。图5为本专利技术一实施例提供的逆变器在小矢量100工作模态下的等效电路示意图。图6为本专利技术一实施例提供的逆变器在小矢量211工作模态下的等效电路示意图。图7为本专利技术一实施例提供的逆变器在大矢量200工作模态下的等效电路示意图。图8为本专利技术一实施例提供的空间矢量图。图9为本专利技术一实施例提供SVPWM调制流程图。图10为本专利技术一实施例提供的注入共模分量的SPWM波形。图11为本专利技术一实施例提供的计算共模分量的模型结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种十开关三相三电平逆变器，输入侧连接一个直流电源，所述直流电源包括一个电压中位点，其特征在于，包括：A相桥臂、B相桥臂、C相桥臂、有源钳位电路、第一开关器件和第四开关器件；/n所述A相桥臂的第一端、所述B相桥臂的第一端和所述C相桥臂的第一端分别经由所述第一开关器件与所述直流电源的正极连接；所述A相桥臂的第二端、所述B相桥臂的第二端和所述C相桥臂的第二端分别经由所述第四开关器件与所述直流电源的负极连接；所述A相桥臂的第三端、所述B相桥臂的第三端和所述C相桥臂的第三端作为输出端输出三相电压；/n所述有源钳位电路的第一端经由所述第一开关器件与所述直流电源的正极连接；所述有源钳位电路的第二端经由所述第四开关器件与所述直流电源的负极连接；所述有源钳位电路的第三端作为输出端与所述直流电源的电压中位点连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种十开关三相三电平逆变器，输入侧连接一个直流电源，所述直流电源包括一个电压中位点，其特征在于，包括：A相桥臂、B相桥臂、C相桥臂、有源钳位电路、第一开关器件和第四开关器件；
所述A相桥臂的第一端、所述B相桥臂的第一端和所述C相桥臂的第一端分别经由所述第一开关器件与所述直流电源的正极连接；所述A相桥臂的第二端、所述B相桥臂的第二端和所述C相桥臂的第二端分别经由所述第四开关器件与所述直流电源的负极连接；所述A相桥臂的第三端、所述B相桥臂的第三端和所述C相桥臂的第三端作为输出端输出三相电压；
所述有源钳位电路的第一端经由所述第一开关器件与所述直流电源的正极连接；所述有源钳位电路的第二端经由所述第四开关器件与所述直流电源的负极连接；所述有源钳位电路的第三端作为输出端与所述直流电源的电压中位点连接。


2.根据权利要求1所述的十开关三相三电平逆变器，其特征在于，还包括：第一直流分压电容和第二直流分压电容；
所述第一直流分压电容和所述第二直流分压电容串联后再并联在直流电源两端，且所述第一直流分压电容和所述第二直流分压电容的串联连接点为所述直流电源的电压中位点。


3.根据权利要求1所述的十开关三相三电平逆变器，其特征在于，所述A相桥臂、所述B相桥臂、所述C相桥臂和有源钳位电路分别采用2个开关器件构成。


4.根据权利要求1～3任一项所述的十开关三相三电平逆变器，其特征在于，所述A相桥臂包括第二开关器件和第三开关器件；
所述第二开关器件的第一端与所述A相桥臂的第一端连接，所述第二开关器件的第二端与所述第三开关器件的第一端均连接于所述A相桥臂的第三端，所述第三开关器件第二端与所述A相桥臂的第二端连接；
所述第二开关器件的第三端作为控制端接收外部的控制信号，用于导通或者断开所述第二开关器件；
所述第三开关器件的第三端作为控制端接收外部的控制信号，用于导通或者断开所述第三开关器件。


5.根据权利要求1～3任一项所述的十开关三相三电平逆变器，其特征在于，所述B相桥臂包括第五开关器件和第六开关器件；
所述第五开关器件的第一端与所述B相桥臂的第一端连接，所述第五开关器件的第二端与所述第六开关器件的第一端均连接于所述B相桥臂的第三端，所述第六开关器件第二端与所述B相桥臂的第二端连接；
所述第五开关器件的第三端作为控制端接收外部的控制信号，用于导通或者断开所述第五开关器件；
所述第六开关器件的第三端作为控制端接收外部的控制信号，用于导通或者断开所述第六开关器件。


6.根据权利要求1～3任一项所述的十开关三相三电平逆变器，其特征在于，所述C相桥臂包括第七开关器件和第八开关器件；
所述第七开关器件的第一端与所述C相桥臂的第一端连接，所述第七开关器件的第二端与所述第八开关器...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪洪亮，邓孝军，朱晓楠，岳秀梅，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43