一种八开关三相三电平逆变器及其SVPWM控制方法技术

本发明专利技术公开了一种八开关三相三电平逆变器，其特征在于，包括一组共用桥臂和三组独立桥臂组成，直流端连接两个独立的直流电源供电；所述每个桥臂均由一对互斥开关连接构成；本发明专利技术提出的一种八开关三相三电平逆变器拓扑结构，简化了十开关拓扑结构，和现有技术相比，其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；同时本发明专利技术提出八开关三相三电平逆变器的SVPWM调控策略，提升了输出波形的质量，其输出电压的谐波畸变率为2.5％，低于现有技术中的畸变率。低于现有技术中的畸变率。低于现有技术中的畸变率。

【技术实现步骤摘要】
一种八开关三相三电平逆变器及其SVPWM控制方法


[0001]本专利技术属于电控
，具体涉及一种八开关三相三电平逆变器及其SVPWM控制方法。

技术介绍

[0002]多电平逆变器是电力工业中不可或缺的组件，由于其开关频率较低、输出波形好以及效率高等优点广泛应用于电动汽车充放电、智能电网以及变电环节等。然而，多电平逆变器因其结构复杂、控制算法实现困难等极大地限制了在实际工程中的应用，因此精简其电路拓扑结构及其调制算法以及逐渐成为研究热点。
[0003]最常见的多电平逆变器拓扑主要有三种，分别为中点箝位型(neutral
‑
point clamped，NPC)、飞跨电容型(flying
‑
capacitor，FC)以及级联H桥(cascaded h
‑
bridge，CHB)。中点箝位型逆变器也称二极管箝位逆变器，通过箝位二极管将中性点输出电压箝制在预定的电平。二极管箝位式逆变器当输出电平数超过三后，需要的箝位二极管数量急剧增加，结构变得极为复杂，体积大，成本高。飞跨电容型多电平逆变器通过飞跨电容来替代二极管进行箝位，由于各相母线间存在平衡电容，因此可以输出多个电压波形。与箝位二极管逆变器相似，随着输出电平的增加，所需要的飞跨电容数量也会大大增加，并且直流侧的电容电压平衡也成为一个重要问题。级联H桥逆变器虽然结构简单，但同样面临着高电平逆变器的成本问题。
[0004]为了解决多电平逆变器面临的高成本、大功率的问题，上世纪90年代末，印度学者Manjrekar首次提出了混合多电平的概念，很快成为国内外学者的研究热点，混合多电平结构和不对称多电平结构在一定程度上可以解决传统逆变器拓扑所面临的问题。Rasoul等人提出的多电平变换器级联拓扑结构，其中包括多个子级多电平单元，很适合于高电压应用。Reza Barzegarkhoo等人提出了一种新的级联多电平逆变器(CMLIs)系列，使用新型的基于电容的单元，通过使用最小数量的开关设备，仅用一个直流电源就能产生更多的输出电压等级，不需要任何的外加辅助电路即可保证直流端中点电位的平衡。Mohammad等人提出了一种基于次多电平单元和全桥转换器的级联多电平转换器的新拓扑结构。随着输出电压电平的增加，在降低了功率损耗的同时，所需的直流电压源和功率半导体器件的数量也随之增加。Rasoul等人引入了较新的级联多电平转换器拓扑，对于特定数量的输出电压电平，独立直流电压源的数量减半，并且可以实现对称和不对称。Javad Ebrahimi等人提出了一种最适合中压应用的半级联型多电平逆变器的新拓扑结构，在降低了总峰值反向电压值的同时，减少了开关管的数量，节约了成本。邱晓初等人提出了一种不对称的三相准四电平结构，其每个桥臂只需要四个开关管即可输出三个电平，通过调整直流端电压比例，得到了更高的输出电平数。
[0005]为了在进一步减少开关管的数量，增加输出电平数，一种耦合的十开关三相三电平拓扑结构被提出，但是依旧是开关器件繁多，其占用空间较大，且制作成本较高；因此，现目前需要一种既能保证输出波形良好，简化十开关拓扑结构的八开关三相三电平逆变器拓
扑结构及其控制方法。

技术实现思路

[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种八开关三相三电平逆变器及其SVPWM控制方法。
[0007]为了达到解决上述技术问题的技术效果，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种八开关三相三电平逆变器，其特征在于，包括一组共用桥臂和三组独立桥臂组成，直流端连接两个独立的直流电源供电；所述每个桥臂均由一对互斥开关连接构成；
[0008]本专利技术的又一目的在于提供一种八开关三相三电平逆变器的SVPWM调控策略，八开关三相三电平逆变器拓扑不含有中矢量以及短矢量中的冗余矢量，其特征在于，包括：
[0009]当参考电压矢量位于区域R1时，选择V1、V2和V0三个矢量来合成参考电压矢量；
[0010]当参考电压矢量位于区域R2时，选择V1、V2和V4矢量来合成目标矢量；
[0011]当目标矢量位于R3区域时，选择V1、V3和V4来合成目标矢量；
[0012]当：时
[0013]即：且
[0014]求出参考矢量位于其他两个小扇区的条件，如表1所示；
[0015]表1小扇区判断条件
[0016][0017]在区域R1时，通过伏秒平衡的原则，有：
[0018][0019]其中：
[0020][0021]通过矩阵方程的求解得每一个矢量的作用时间T1、T2和T0，同理可求得另外两个区域的矢量作用时间，如表2所示；
[0022]表2基本矢量作用表
[0023][0024]其中
[0025]本专利技术的有益效果是：
[0026]本专利技术提出的一种八开关三相三电平逆变器拓扑结构，简化了十开关拓扑结构，和现有技术相比，其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；同时本专利技术提出八开关三相三电平逆变器的SVPWM调控策略，提升了输出波形的质量，其输出电压的谐波畸变率为2.5％，低于现有技术中的畸变率。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1是一种八开关三相三电平逆变器的整体结构示意图；
[0029]图2是一种八开关三相三电平逆变器的四种工作模式图；
[0030]图3是一种八开关三相三电平逆变器的八开关空间矢量图；
[0031]图4是一种八开关三相三电平逆变器的扇区划分图；
[0032]图5是一种八开关三相三电平逆变器的输出线电压图；
[0033]图6是一种八开关三相三电平逆变器的输出线电流图；
[0034]图7是一种八开关三相三电平逆变器的输出电压谐波含量；
[0035]图8是传统NPC三电平输出线电压图；
[0036]图9是八开关三电平输出线电压图。
具体实施方式
[0037]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0038]实施例1
[0039]参阅图1至图2所示，一种八开关三相三电平逆变器，其特征在于，包括一组共用桥臂和三组独立桥臂组成，直流端连接两个独立的直流电源供电；所述每个桥臂均由一对互
斥开关连接构成；其中公用桥臂与k(k＝a,b,c)桥臂共有4种不同的工作模式，可以输出0，1，2三种不同的电平见图2所示。
[0040]实施例2
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种八开关三相三电平逆变器，其特征在于，包括一组共用桥臂和三组独立桥臂组成，直流端连接两个独立的直流电源供电；所述每个桥臂均由一对互斥开关连接构成。2.一种八开关三相三电平逆变器的SVPWM调控策略，八开关三相三电平逆变器拓扑不含有中矢量以及短矢量中的冗余矢量，其特征在于，包括：当参考电压矢量位于区域R1时，选择V1、V2和V0三个矢量来合成参考电压矢量；当参考电压矢量位于区域R2...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏金成，杨鑫，李思忆，李琴，邱晓初，马利红，胡秋宇，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：