逆变器12扇区虚拟矢量过调制策略制造技术

本发明专利技术涉及逆变器调制领域，具体涉及一种逆变器12扇区虚拟矢量过调制策略。该策略通过12扇区判断选择相应的虚拟电压矢量合成参考电压矢量，扇区判断方式更加简单新颖，在不改变虚拟电压矢量法抑制逆变器输出共模电压幅值和三次谐波的同时，通过过调制技术提升算法的调制范围，过调制过程平滑，输出电压基波幅值不损失，有效增强了算法适用性。有效增强了算法适用性。有效增强了算法适用性。

【技术实现步骤摘要】
逆变器12扇区虚拟矢量过调制策略


[0001]本专利技术涉及逆变器调制领域，具体涉及一种逆变器12扇区虚拟矢量过调制策略。

技术介绍

[0002]采用脉宽调制技术(PWM)的三相电压源逆变器因控制算法简单，输出质量高，稳定性好等诸多优点而被广泛应用于电机驱动系统中。在改善输出波形性能的同时，PWM逆变器也带来了诸如轴电压，轴承电流和电磁干扰等问题，缩短了电动机的使用寿命，影响其他电子设备的正常运行。现有研究证明，PWM逆变器输出电压中的零序分量(即共模电压)是造成这些负面影响的主要原因。随着逆变器朝着大功率、高频化发展，共模电压问题也随着开关频率的增加而加剧，从而威胁到整个系统的安全性和可靠性。因此，逆变器共模电压抑制问题一直受到国内外学者的广泛关注。
[0003]参考文献1：“A Near-State PWM Method With Reduced Switching Losses and Reduced Common-Mode Voltage for Three-Phase Voltage Source Inverters，”(E.Un and A.M.Hava，IEEE Transactions on Industry Applications，vol.45，no.2，pp.782-793，March-april2009.)(“一种三相电压源逆变器降低开关损耗和共模电压的相邻状态脉宽调制”(E.Un and A.M.Hava，电气和电子工程师协会工业应用学报，2009第45卷第2期782-793页))的文章。该文章利用参考电压矢量相邻的三个非零矢量参与合成，从而有效的抑制共模电压幅值为但其含有明显的3次谐波成分，调制范围局限为0.6046-0.9069，因此实际应用有限。
[0004]参考文献2：“A Virtual Space Vector Modulation Technique for the Reduction of Common-Mode Voltages in Both Magnitude and Third-Order Component，”(K.Tian，J.Wang，B.Wu，Z.Cheng and N.R.Zargari，IEEE Transactions on Power Electronics，vol.31，no.1，pp.839-848，Jan.2016.)(“一种用于降低共模电压幅值和三次谐波成分的虚拟电压矢量调制技术”(K.Tian，J.Wang，B.Wu，Z.Cheng and N.R.Zargari，电气与电子工程师协会汇刊电力电子学卷，2016第31卷第1期839-848页))的文章。该文章选取基础矢量合成的虚拟电压矢量参与合成参考电压矢量，使得逆变器输出的共模电压幅值降低为同时控制输出共模电压周期伏秒量为零，有效的抑制了逆变器输出共模电压的三次谐波成分，但同时降低了调制度，影响该算法适用范围。
[0005]综上所述，现有技术存在以下问题：
[0006]1、参考文献1报道的相邻状态合成法虽然避免使用零矢量参与合成有效降低了逆变器输出的共模电压幅值，但调制范围有较大的局限性，且没有能够控制共模电压中三次谐波成分，对共模滤波器的设计带来困难。
[0007]2、参考文献2报道的虚拟电压矢量法能够兼顾抑制共模电压幅值和其中的三次谐波成分，但需要坐标轴旋转30度沿用传统6扇区判别方法，扇区判断复杂，没有突出虚拟电
压矢量的创新性，同时为抑制三次谐波成分其调制度降低为0-0.7854，实际应用受限。

技术实现思路

[0008]本专利技术所要解决的技术问题在于如何使用基础电压矢量合成虚拟电压矢量，通过12扇区判断选择相应的虚拟电压矢量合成参考电压矢量，扇区判断方式更加简单新颖，在不改变虚拟电压矢量法抑制逆变器输出共模电压幅值和三次谐波的同时，通过过调制技术提升算法的调制范围，过调制过程平滑，输出电压基波幅值不损失，有效增强了算法适用性。
[0009]本专利技术的目的是这样实现的，本专利技术提供了一种逆变器12扇区虚拟矢量过调制策略，本策略涉及的三相两电平电压型逆变器拓扑结构包括直流源E、三相两电平电压型逆变器、电机三相定子绕组、电容C1和电容C2；所述电容C1和电容C2串联后连接在直流源E的直流正母线P与直流负母线N之间；所述三相两电平电压型逆变器的三相桥臂中，每相桥臂包括2个带反并联二极管的开关管，即三相两电平电压型逆变器共包括6个带反并联二极管的开关管，6个开关管分别记为开关管S
a1
、开关管S
a2
、开关管S
b1
、开关管S
b2
、开关管S
c1
、开关管S
c2
；
[0010]所述策略包括下述步骤：
[0011]步骤1，开关状态、基础电压矢量和虚拟电压矢量的设定；
[0012]记三相两电平电压型逆变器a相桥臂的开关状态信号为开关状态信号S
a
、三相两电平电压型逆变器b相桥臂的开关状态信号为开关状态信号S
b
、三相两电平电压型逆变器c相桥臂的开关状态信号为开关状态信号S
c
；开关状态信号S
a
、S
b
、S
c
等于0或1；
[0013]根据三相两电平电压型逆变器三相桥臂的开关状态，得到6个基础电压矢量，分别记为基础电压矢量V1、基础电压矢量V2、基础电压矢量V3、基础电压矢量V4、基础电压矢量V5和基础电压矢量V6，6个基础电压矢量所对应的开关状态组合(S
a
、S
b
、S
c
)的具体状态如下：
[0014]基础电压矢量V1对应的开关状态组合为(100)；
[0015]基础电压矢量V2对应的开关状态组合为(110)；
[0016]基础电压矢量V3对应的开关状态组合为(010)；
[0017]基础电压矢量V4对应的开关状态组合为(011)；
[0018]基础电压矢量V5对应的开关状态组合为(001)；
[0019]基础电压矢量V6对应的开关状态组合为(101)；
[0020]使用所述6个基础电压矢量构建以下9个虚拟电压矢量：虚拟电压矢量V
12
、虚拟电压矢量V
23
、虚拟电压矢量V
34
、虚拟电压矢量V
45
、虚拟电压矢量V
56
、虚拟电压矢量V
61
、虚拟电压矢量V
14
、虚拟电压矢量V
25
和虚拟电压矢量V
36
；
[0021]步骤2，扇区判断；
[0022]在α-β轴静止坐标系上，以α轴为起点，从第一象限开始逆时针方向划分为12个30
°
的扇区，并按照沿逆时针方向编号依次增大的方式命名各扇区为扇区1～扇区12；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种逆变器12扇区虚拟矢量过调制策略，本策略涉及的三相两电平电压型逆变器拓扑结构包括直流源E、三相两电平电压型逆变器、电机三相定子绕组、电容C1和电容C2；所述电容C1和电容C2串联后连接在直流源E的直流正母线P与直流负母线N之间；所述三相两电平电压型逆变器的三相桥臂中，每相桥臂包括2个带反并联二极管的开关管，即三相两电平电压型逆变器共包括6个带反并联二极管的开关管，6个开关管分别记为开关管S
a1
、开关管S
a2
、开关管S
b1
、开关管S
b2
、开关管S
c1
、开关管S
c2
；其特征在于，所述策略包括下述步骤：步骤1，开关状态、基础电压矢量和虚拟电压矢量的设定；记三相两电平电压型逆变器a相桥臂的开关状态信号为开关状态信号S
a
、三相两电平电压型逆变器b相桥臂的开关状态信号为开关状态信号S
b
、三相两电平电压型逆变器c相桥臂的开关状态信号为开关状态信号S
c
；开关状态信号S
a
、S
b
、S
c
等于0或1；根据三相两电平电压型逆变器三相桥臂的开关状态，得到6个基础电压矢量，分别记为基础电压矢量V1、基础电压矢量V2、基础电压矢量V3、基础电压矢量V4、基础电压矢量V5和基础电压矢量V6，6个基础电压矢量所对应的开关状态组合(S
a
、S
b
、S
c
)的具体状态如下：基础电压矢量V1对应的开关状态组合为(100)；基础电压矢量V2对应的开关状态组合为(110)；基础电压矢量V3对应的开关状态组合为(010)；基础电压矢量V4对应的开关状态组合为(011)；基础电压矢量V5对应的开关状态组合为(001)；基础电压矢量V6对应的开关状态组合为(101)；使用所述6个基础电压矢量构建以下9个虚拟电压矢量：虚拟电压矢量V
12
、虚拟电压矢量V
23
、虚拟电压矢量V
34
、虚拟电压矢量V
45
、虚拟电压矢量V
56
、虚拟电压矢量V
61
、虚拟电压矢量V
14
、虚拟电压矢量V
25
和虚拟电压矢量V
36
；步骤2，扇区判断；在α-β轴静止坐标系上，以α轴为起点，从第一象限开始逆时针方向划分为12个30
°
的扇区，并按照沿逆时针方向编号依次增大的方式命名各扇区为扇区1～扇区12；设三相两电平电压型逆变器需要调制的参考电压矢量为V
ref
，将参考电压矢量V
ref
对静止坐标系中坐标轴α、β轴的投影分量分别记为参考电压矢量α轴分量V
α
和参考电压矢量β轴分量V
β
，根据参考电压矢量α轴分量V
α
和参考电压矢量β轴分量V
β
进行参考电压矢量V
ref
所在扇区的判断；在12个扇区中，每个扇区均使用3个虚拟电压矢量对参考电压矢量V
ref
进行合成，且3个虚拟电压矢量共涉及4个基础电压矢量；12个扇区中每个扇区涉及的3个虚拟电压矢量及排序如下：扇区1：虚拟电压矢量V
61
、虚拟电压矢量V
12
、虚拟电压矢量V
36
；扇区2：虚拟电压矢量V
12
、虚拟电压矢量V
23
、虚拟电压矢量V
36
；扇区3：虚拟电压矢量V
12
、虚拟电压矢量V
23
、虚拟电压矢量V
14
；扇区4：虚拟电压矢量V
23
、虚拟电压矢量V
34
、虚拟电压矢量V
14
；扇区5：虚拟电压矢量V
23
、虚拟电压矢量V
34
、虚拟电压矢量V
25
；扇区6：虚拟电压矢量V
34
、虚拟电压矢量V
45
、虚拟电压矢量V
25
；
扇区7：虚拟电压矢量V
34
、虚拟电压矢量V
45
、虚拟电压矢量V
36
；扇区8：虚拟电压矢量V
45
、虚拟电压矢量V
56
、虚拟电压矢量V
36
：扇区9：虚拟电压矢量V
45
、虚拟电压矢量V
56
、虚拟电压矢量V
14
；扇区10：虚拟电压矢量V
56
、虚拟电压矢量V
61
、虚拟电压矢量V
14
；扇区11：虚拟电压矢量V
56
、虚拟电压矢量V
61
、虚拟电压矢量V
25
；扇区12：虚拟电压矢量V
61
、虚拟电压矢量V
12
、虚拟电压矢量V
25
；12个扇区中每个扇区涉及的4个基础电压矢量及排序如下：扇区1：基础电压矢量V6、基础电压矢量V1、基础电压矢量V2、基础电压矢量V3；扇区2：基础电压矢量V6、基础电压矢量V1、基础电压矢量V2、基础电压矢量V3；扇区3：基础电压矢量V1、基础电压矢量V2、基础电压矢量V3、基础电压矢量V4；扇区4：基础电压矢量V1、基础电压矢量V2、基础电压矢量V3、基础电压矢量V4；扇区5：基础电压矢量V2、基础电压矢量V3、基础电压矢量V4、基础电压矢量V5；扇区6：基础电压矢量V2、基础电压矢量V3、基础电压矢量V4、基础电压矢量V5；扇区7：基础电压矢量V3、基础电压矢量V4、基础电压矢量V5、基础电压矢量V6；扇区8：基础电压矢量V3、基础电压矢量V4、基础电压矢量V5、基础电压矢量V6；扇区9：基础电压矢量V4、基础电压矢量V5、基础电压矢量V6、基础电压矢量V1；扇区10：基础电压矢量V4、基础电压矢量V5、基础电压矢量V6、基础电压矢量V1；扇区11：基础电压矢量V5、基础电压矢量V6、基础电压矢量V1、基础电压矢量V2；扇区12：基础电压矢量V5、基础电压矢量V6、基础电压矢量V1、基础电压矢量V2；记经扇区判断后参考电压矢量V
ref
所在扇区为扇区1到扇区12中的任意一个扇区，并将该扇区记为扇区Y，与扇区Y对应的3个虚拟电压矢量按照其排序分别记为扇区虚拟电压矢量V
x1
、扇区虚拟电压矢量V
x2
和扇区虚拟电压矢量V
x3
，与扇区Y对应的4个基础电压矢量按照其排序分别记为扇区基础电压矢量V
j1
、扇区基础电压矢量V
j2
、扇区基础电压矢量V
j3
和扇区基础电压矢量V
j4
；步骤3，计算参考电压矢量V
ref
与静止坐标系中坐标轴α轴的夹角θ、参考电压矢量V
ref
对应的调制比M，计算式分别如下：应的调制比M，计算式分别如下：其中，U
dc
为直流源的直流母线电压，|V
ref
|为参考电压矢量V
ref
的幅值；步骤4，计算与扇区Y对应的扇区基础电压矢量V
j1
的作用时间T1、扇区基础电压矢量V
j2
的作用时间T2、扇区基础电压矢量V
j3
的作用时间T3和扇区基础电压矢量V
j4
的作用时间T4；当调制比M≤0.7854时，为线性调制区域，进入步骤4.1；当调制比M＞0.7854时，为过调制区域，进入步骤4.2；步骤4.1，调制比M≤0.7854时的线性调制区域；首先计算线性调制区域中扇区虚拟电压矢量V
x1
的作用时间T
a
、扇区虚拟电压矢量V
x2
的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨淑英，王顺，谢震，张兴，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：