抑制共模电压的多相两电平逆变器空间矢量脉宽调制方法技术

本发明专利技术公开了一种抑制共模电压的多相两电平逆变器空间矢量脉宽调制方法，该方法包括对奇数相两电平逆变器，选择设定个数的相邻大矢量合成虚拟电压矢量；利用合成的虚拟电压矢量将基波子空间均匀划分为多个扇区，根据参考电压矢量所在的扇区，选择扇区两侧的虚拟电压矢量与零矢量合成参考电压矢量；选择方向相反的两个大矢量等占空比合成虚拟零矢量。本发明专利技术采用大矢量合成虚拟电压矢量，将CMV抑制到最小；提出的SVPWM方法通用性强，适用于任意奇数相两电平电压源型逆变器；矢量作用时间的计算过程简单，且与相数无关，大大简化了运算复杂度，在数字控制器中实现更加容易。在数字控制器中实现更加容易。在数字控制器中实现更加容易。

【技术实现步骤摘要】
抑制共模电压的多相两电平逆变器空间矢量脉宽调制方法


[0001]本专利技术涉及电力电子与电力传动领域中多相逆变器控制系统设计与制造
，具体涉及一种抑制共模电压的多相两电平逆变器空间矢量脉宽调制方法。

技术介绍

[0002]随着交流传动控制理论的发展，电机摆脱了相数的限制，多相驱动系统在大功率、高可靠性工业应用中得到了广泛研究，相比传统三相驱动系统，多相驱动系统有着以下优点：1）相同的电压电流应力下可以达到更大功率；2）相数冗余增强了控制系统的容错能力；3）转矩脉动小且密度高。
[0003]空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation，SVPWM)以其电压利用率高，便于数字化实现等特点得到广泛应用。三相SVPWM中参考电压矢量由两个相邻的矢量和一个零矢量合成，其计算简单，易于在数字控制器中实现。随着多相驱动系统的出现，三相SVPWM拓展到了多相SVPWM，但随着相数增大，空间电压矢量的数量呈指数上升，多相SVPWM变得愈加复杂。此外，多相系统还需考虑对低次谐波电流的控制，计算过程更加复杂，增加了实现难度。因此，计算复杂度的简化仍是多相SVPWM关注的主要问题之一。
[0004]共模电压(common-mode voltage，CMV)抑制是当前电机驱动系统的研究热点。在共模电压作用下，电机轴上会逐渐积累电荷，当达到一定程度会击穿绝缘的润滑剂，产生轴电流和漏电流，形成共模电磁干扰，影响到系统其它用电设备正常工作；此外共模电压过大会使电机轴电压和轴电流过大，引起电机发热，降低电机寿命。目前降低CMV的方案主要分为两种：一种为基于硬件的方法，采用无源滤波器和特殊电路拓扑来抑制CMV，具有体积大、成本高和可移植性差等缺点；另一种为基于软件的方法，通过设计合适的调制和控制算法达到抑制CMV的目的，无需额外硬件，且应用更加灵活，得到更为广泛的关注和研究。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供了一种抑制共模电压的多相两电平逆变器空间矢量脉宽调制方法。
[0006]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种抑制共模电压的多相两电平逆变器空间矢量脉宽调制方法，包括以下步骤：S1、对奇数相两电平逆变器，选择设定个数的相邻大矢量合成虚拟电压矢量；S2、利用步骤S1合成的虚拟电压矢量将基波子空间均匀划分为多个扇区，根据参考电压矢量所在的扇区，选择扇区两侧的虚拟电压矢量与零矢量合成参考电压矢量；S3、选择方向相反的两个大矢量等占空比合成虚拟零矢量。
[0007]本方案的有益效果是：本专利技术采用大矢量合成虚拟电压矢量，将CMV抑制到最小；提出的SVPWM方法通用性强，适用于任意奇数相两电平电压源型逆变器；矢量作用时间的计算过程简单，且与相数无关，大大简化了运算复杂度，在数字控制器中实现更加容易。
[0008]进一步地，所述步骤S1具体包括以下分步骤：
S11、对奇数N相两电平逆变器，根据矢量分布规律，将合成矢量各谐波子空间电压分量表示为：其中，A为N-2行n列的系数矩阵，θ=π/N；X为占空比矩阵，λ
k
为第k个大矢量占空比，k=1,2,
ꢀ…ꢀ
,n；B为谐波分量矩阵，为谐波映射到x
2l+1
-ꢀ
y
2l+1
子空间的电压分量，l=1,2,
ꢀ…ꢀ
,(N-3)/2；S12、根据系数矩阵A和占空比矩阵X构建非齐次线性方程组表示为其中，b=[0 0 0
ꢀ…ꢀ
0 1]T
；当非齐次线性方程组具有唯一解时，系数矩阵A与增广矩阵C=A|b的秩满足R(A)=R(C)=n，矩阵A与C的秩表示为则有求解得到；S13、根据系数矩阵A将占空比矩阵X表示为则在x
1-y1子空间合成的虚拟电压矢量V
v
表示为：其中，V
c
为合成虚拟电压矢量选择的N-2个相邻大矢量。
[0009]该进一步方案的有益效果是：对于任意奇数N相两电平逆变器，选择N-2个相邻大矢量便可合成无谐波电压分量的虚拟电压矢量。
[0010]进一步地，所述步骤S2中相邻虚拟电压矢量V
v1
、V
v2
作用时间计算式为：其中，V
v1
|
x1
、V
v1
|
y1
、V
v2
|
x1
和V
v2
|
y1
为V
v1
、V
v2
在x1、y1轴的分量；V
ref
|
x1
、V
ref
|
y1
为参考电压
矢量V
ref
在x1、y1轴的分量；T1、T2为V
v1
、V
v2
的作用时间；T
s
为开关周期。
[0011]该进一步方案的有益效果是：将复杂的多相逆变器矢量作用时间计算公式简化为二阶矩阵与向量的乘法。
[0012]进一步地，所述步骤S3中每个开关周期由N+1个大矢量共同作用，并且采用对称的开关序列，N+1个大矢量作用时间计算式为：其中，t1,t2,
…
t
N+1
为N+1个大矢量作用时间。
[0013]该进一步方案的有益效果是：通过方向相反的大矢量合成虚拟零矢量，进一步将CMV抑制到最小。
附图说明
[0014]图1为本专利技术的抑制共模电压的多相两电平逆变器空间矢量脉宽调制方法流程示意图；图2为本专利技术实施例中多相两电平逆变器拓扑图；图3（a）为本专利技术实施例中五相两电平逆变器x
1-y1基波子空间的电压矢量分布图；图3（b）为本专利技术实施例中五相两电平逆变器x
3-y3谐波空间的电压矢量分布图；图4（a）为本专利技术实施例中七相两电平逆变器x
1-y1基波子空间的电压矢量分布图；图4（b）为本专利技术实施例中七相两电平逆变器x
3-y3谐波空间的电压矢量分布图；图4（c）为本专利技术实施例中七相两电平逆变器x
5-y5谐波空间的电压矢量分布图；图5（a）为本专利技术实施例中五相两电平逆变器虚拟电压矢量V
v1
在x
1-y1基波子空间的合成示意图；图5（b）为本专利技术实施例中五相两电平逆变器虚拟电压矢量V
v1
在x
3-y3谐波子空间的合成示意图；图6为本专利技术实施例中五相两电平逆变器大电压矢量与虚拟电压矢量在基波子空间的分布图；图7为本专利技术实施例中参考电压矢量合成示意图；图8（a）为本专利技术实施例中五相两电平逆变器对应的对称开关序列示意图；图8（b）为本专利技术实施例中七相两电平逆变器对应的对称开关序列示意图；图9为传统五相SVPWM方法的相电流、相电压、共模电压波形和相电流FFT分析图；图10为本专利技术方法对五相两电平逆变器的相电流、相电压、共本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抑制共模电压的多相两电平逆变器空间矢量脉宽调制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对奇数相两电平逆变器，选择设定个数的相邻大矢量合成虚拟电压矢量；S2、利用步骤S1合成的虚拟电压矢量将基波子空间均匀划分为多个扇区，根据参考电压矢量所在的扇区，选择扇区两侧的虚拟电压矢量与零矢量合成参考电压矢量；S3、选择方向相反的两个大矢量等占空比合成虚拟零矢量。2.根据权利要求1所述的抑制共模电压的多相两电平逆变器空间矢量脉宽调制方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下分步骤：S11、对奇数N相两电平逆变器，根据矢量分布规律，将合成矢量各谐波子空间电压分量表示为：其中，A为N-2行n列的系数矩阵，θ=π/N；X为占空比矩阵，λ
k
为第k个大矢量占空比，k=1,2,
ꢀ…ꢀ
,n；B为谐波分量矩阵，，为谐波映射到x
2l+1
-ꢀ
y
2l+1
子空间的电压分量，l=1,2,
ꢀ…ꢀ
,(N-3)/2；S12、根据系数矩阵A和占空比矩阵X构建非齐次线性方程组表示为其中，b=[0 0 0
ꢀ…ꢀ
0 1]
T
；当非齐次线性方程组具有唯一解时，系数矩阵A与增广矩阵C=A|b的秩满足R(A)=R(C)=n，n为选择的相邻大矢量设定个数，矩阵A与C的秩表示为则有求解得到；S13、根据系数矩阵A将占空比矩阵X表示为
则在x
1-y1子空间合成的虚拟电压矢量V

【专利技术属性】
技术研发人员：宋文胜，郭永琪，黄立，余彬，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：