【技术实现步骤摘要】
一种三电平ANPC变流器损耗平衡的调制策略
本专利技术属于电力电子
，涉及一种三电平ANPC变流器损耗平衡的调制策略。
技术介绍
多电平拓扑是高压大功率应用中的一种较为实用的解决方案。但随着其电平数的增加，控制难度也逐渐增加。三电平拓扑目前应用最为广泛的多电平拓扑之一，但传统的三电平中点钳位型(NeutralPointClamPed，NPC)拓扑存在损耗分布不均衡的问题。据此，出现了有源中点钳位型(ActiveNeutralPointClamPed，ANPC)拓扑，该拓扑通过选择冗余开关状态和不同的电流通路能够有效控制器件的损耗平衡，但该拓扑每相较传统三电平NPC拓扑而言增加两个功率器件，因而调制和控制更加复杂。与传统三电平NPC变流器的调制策略类似，三电平ANPC变流器的调制策略主要也包含SPWM法和SVPWM法。不同的是，三电平NPC变流器正常工作下，其相电压零电平只有一种状态。而三电平ANPC变流器由于拓扑结构，在开关安全组合下其相电压零电平包含四种状态，为损耗平衡提供了可能。在三电平ANPC变流器的调制策略中，相比SPWM方法，SVPWM电压利用率高、减少谐波、矢量选择灵活且容易实现数字化，受到广泛的认可。但三电平ANPC变流器每相开关状态较传统三电平NPC变流器增加三个零电平状态，所以，如何合理选择开关状态，克服三电平NPC变流器的损耗分布不均，将三电平ANPC变流器损耗均分，并进一步提高变流器的工作性能，是三电平ANPC变流器的研究重点和难点。
技术实现思路
本专...
【技术保护点】
1.一种三电平ANPC变流器损耗平衡的调制策略，其特征在于，具体按照如下步骤实施：/n步骤1，根据载波脉冲宽度调制方法，得到三相调制波，然后通过空间矢量脉冲宽度调制策略，求解并输出a、b和c三相开关状态及其各自作用时间；/n步骤2，采用七段式发波并计算各区导通时间，对三电平ANPC整流器进行换流控制；/n步骤3，分析换流方式产生的开关损耗，提出变流器损耗平衡策略。/n
【技术特征摘要】
1.一种三电平ANPC变流器损耗平衡的调制策略，其特征在于，具体按照如下步骤实施：
步骤1，根据载波脉冲宽度调制方法，得到三相调制波，然后通过空间矢量脉冲宽度调制策略，求解并输出a、b和c三相开关状态及其各自作用时间；
步骤2，采用七段式发波并计算各区导通时间，对三电平ANPC整流器进行换流控制；
步骤3，分析换流方式产生的开关损耗，提出变流器损耗平衡策略。
2.根据权利要求1所述的一种三电平ANPC变流器损耗平衡的调制策略，其特征在于，所述步骤1具体为：
步骤1.1，根据载波脉冲宽度调制方法，得到三相调制波表达式：
其中，Um为三相相电压的幅值，Ua、Ub和Uc分别为对应三相a、b和c的相电压，ω为a、b、c三相相电压的角频率；
步骤1.2，通过步骤1.1得到的三相调制波合成参考电压矢量公式：
其中，
步骤1.3，将逆变器拓扑中27种不同开关组合分别组成三种不同开关状态，并对27种开关组合和基本电压矢量进行分类；
步骤1.4，根据伏秒平衡将电压矢量带入分别求解出各个选取电压矢量的作用时间。
3.根据权利要求2所述的一种三电平ANPC变流器损耗平衡的调制策略，其特征在于，所述步骤1.3具体为：
步骤1.3.1，根据三电平ANPC变流器的拓扑结构，定义其开关函数为：
其中，Tx表示第x相输出，x＝a或b或c，1表示P，0表示O，-1表示N，因此，三相开关组合共有33＝27种组合，则得到三电平ANPC变流器的空间矢量Sk为：
其中，UDC表示直流侧的输入电压；
步骤1.3.2将三相正弦电压采用坐标变换等效变换至α-β静止坐标系中，将步骤1.2中的参考电压矢量Vref在α-β静止坐标系进行分解，根据参考电压矢量Vref与α轴的夹角进行A-F共6个大扇区以及每个大扇区对应的1-6共6个小区的判断，对27种开关组合和基本电压矢量进行分类具体为：
按照电压矢量类型对应开关状态组合为：
长矢量对应PNN、PPN、NPN、NPP、NNP、PNP；
中矢量对应PON、OPN、NPO、NOP、ONP、PNO；
短矢量对应PPO、ONN、OPO、NON、OPP、NOO、OOP、NNO、POP、ONO、POO、ONN；
零矢量对应PPP、OOO、NNN。
4.根据权利要求3所述的一种三电平ANPC变流器损耗平衡的调制策略，其特征在于，所述步骤1.4具体为：
设合成参考电压矢量Vref的三个空间矢量U1、U2、U3的作用时间分别对应为T1、T2、T3，Ts为固定开关周期，由伏秒平衡原则可得：
T1×U1+T2×U2+T3×U3＝Ts×Vref(5)
T1+T2+T3＝Ts(6)
分别求解出各个选取电压矢量作用时间T1、T2、T3。
5.根据权利要求4所述的一种三电平ANPC变流器损耗平衡的调制策略，其特征在于，所述步骤1.4具体为：
A扇区1小区，三个空间矢量U1、U2、U3分别为：
根据公式(5)得出：
将公式(8)和公式(6)按照欧拉公式展开，分为实部和虚部解得：
其中，
结合A扇区基本矢量选择，其中，A扇区的基本矢量选择如下：用A1表示A扇区1小区，以此类推，所在区域对应开关组合顺序为：
A1对应ONN、OON、OOO、POO、OOO、OON、ONN；
A2对应OON、OOO、POO、PPO、POO、OOO、OON
A3对应ONN、OON、PON、POO、PON、OON、ONN；
A4对应OON、PON、POO、PPO、POO、PON、ONO；
A5对应ONN、PNN、PON、POO、PON、PNN、ONN；
A6对应OON、PON、PPN、PPO、PPN、PON、OON；
根据所在区域对应开关组合顺序，代入公式(4)得到每个小区对应的三个空间矢量，然后结合公式(8)求解出A扇区各个小区相应基本矢量作用时间具体为：
A1：T2＝2mTssinθ；
A2：T1＝2mTssinθ；
A3：T1＝Ts[1-2msinθ]；
A4：T3＝Ts[1-2msinθ]；
A5：T3＝2mTssinθ；
A6：T3＝Ts[2msinθ-1]；
C和E扇区内各个小区的矢量作用时间相同的A扇区相同，B、D和F扇区内各个小区的矢量作用时间与将A扇区各个小区的T2和T3相互置换后的矢量作用时间一一对应。
6.根据权利要求5所述的一种三电平ANPC变流器损耗平衡的调制策略，其特征在于，所述步骤2具体为：
采用七段式发波将选择的基本矢量作用时间分配给对应矢量，将基本电压矢量作用时间加载成七段式发送的波形，根据前给定电压矢量位置信息、每处位置选取基本矢量信息以及作用时间信息从而选择出具体开关组合；
将周期Ts划分为七段排序①至⑦分别为：①：T1/4；②：T2/2；③：T3/2；④：T1/2；⑤：T3/2；⑥：T2/2；⑦：T1/4；
则在周期Ts内，各个扇区的各个小区P、O、N三者的导通时间为：
A扇区：
A1：P状态对应段序④，导通时间为T1/2，O状态对应①②③⑤⑦，导通时间为Ts-T1/2；
A2：P状态对应段序③④⑤，导通时间为T1/2+T3，O状态对应①②⑥⑦，导通时间为T1/2+T2；A3和A2相同；
A4：P状态对应段序②③④⑤⑥，导通时间为Ts-T1/2，O状态对应①⑦，导通时间为T1/2；A5、A6和A4相同；
B扇区：
B1：P状态对应段序④，导通时间为T1/2，O状态对应①②③⑤⑦，导通时间为Ts-T1/2；B3和B1相同；
B2：N状态对应段序①⑦，导通时间为T1/2，O状态对应②③④⑤⑥，导通时间为Ts-T1/2；B4和B2相同；
B5：P状态对应段序③④⑤，导通时间为T1/2+T3，O状态对应①②⑥⑦，导通时间为T1/2+T2；
B6：N状态对应段序①②⑥⑦，导通时间为T1/2+T2，O状态对应③④⑤，导通时间为T1/2+T3；
C扇区：
C1：N状态对应段序①②⑥⑦，导通时间为T1/2+T2，O状态对应③④⑤，导通时间为T1/2+T3；C4和C1相同；
C2：N状态对应段序①⑦，导通时间为T1/2，O状态对应②③④⑤⑥，导通时间为Ts-T1/2；
C3：N状态对应段序①②③⑤⑥⑦，导通时间为Ts-T1/2，O状态对应④，导通时间为T1/2；C5、C6和C3相同；
D扇区：
D1：N状态对应段序①⑦，导通时间为T1/2，O状态对应②③④⑤⑥，导通时间为Ts-T1/2；
D2：N状态对应段序①②⑥⑦，导通时间为T1/2+T2，O状态对应③④⑤，导通时间为T1/2+T3；D3和D2相同；
D4：N状态对应段序①②③⑤⑥⑦，导通时间为Ts-T1/2，O状态对应④，导通时间为T1/2；D5、D6和D4相同；
E扇区：
E1：N状态对应段序①⑦，导通时间为T1/2，O状态对应②③④⑤⑥，导通时间为Ts-T1/2；E3和E1相同；
E2：P状态对应段序④，导通时间为T1/2，O状态对应①②③⑤⑦，导通时间为Ts-T1/2；E4和E2相同；
E5：N状态对应段序①②⑥⑦，导通时间为T1/2+T2，O状态对应③④⑤，导通时间为T1/2+T3；
E6：P状态对应段序③④⑤，导通时间为T1/2+T3，O状态对应①②⑥⑦，导通时间为T1/2+T2；
F扇区：
F1：P状态对应段序③④⑤，导通时间为T1/2+T3，O状态对应①②⑥⑦，导通时间为T1/2+T2；F4和F1相同；
F2：P状态对应段序④，导...
【专利技术属性】
技术研发人员：李宁，田博文，陈创，曹裕捷，李洁，聂程，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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