非对称型准Z源三电平逆变器的空间矢量调制方法及系统技术方案

本发明专利技术提出了非对称型准Z源三电平逆变器的空间矢量调制方法及系统，涉及电力电子功率变换技术领域，根据参考电压矢量的幅值和相角，判断参考电压矢量在空间矢量图中所在的扇区；结合参考电压矢量所在的扇区和准Z源网络中两个电容的电压偏差，选取相应的基本电压矢量，并计算开关序列标志位；对准Z源网络中两个电容的电压偏差进行调节，得到直流侧电容电压均衡控制器的输出量；基于开关序列标志位，选择注入不同类型的直通状态，计算基本电压矢量的占空比；根据开关序列标志位和基本电压矢量的占空比，设计开关序列；本发明专利技术能够克服拓扑结构不对称性对系统输出的影响，保证三相对称输出电流，同时具备升压和中点电压平衡主动控制能力。制能力。制能力。

【技术实现步骤摘要】
非对称型准Z源三电平逆变器的空间矢量调制方法及系统


[0001]本专利技术属于电力电子功率变换
，尤其涉及非对称型准Z源三电平逆变器的空间矢量调制方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]准Z源三电平逆变器具有单级形式功率变换、输入电流连续、无源器件容量小、无需设置死区时间等优势，在太阳能光伏发电、储能系统、电机驱动等领域得到了广泛应用。准Z源中点箝位型(Neutral Point Clamped,NPC)和T型(T
‑
Type)三电平逆变器是最为常用的两种准Z源三电平逆变器拓扑，但两者需采用数量较多的功率开关管，不可避免地增加了系统成本和体积。
[0004]为进一步减少功率开关管数量、降低系统体积和成本，可采用非对称型准Z源三电平逆变器拓扑结构，即将准Z源三电平逆变器的其中一相桥臂替换为两电平逆变器拓扑的桥臂；然而，该拓扑结构的三相桥臂不再对称，用于准Z源三电平逆变器的现有调制方法无法适用。
[0005]专利技术人发现，非对称型准Z源三电平逆变器的基本电压矢量个数有限，给设计空间矢量调制策略带来极大困难；因此，适用于非对称型准Z源三电平逆变器的空间矢量调制方法亟待研究。

技术实现思路

[0006]为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了非对称型准Z源三电平逆变器的空间矢量调制方法及系统，能够克服拓扑结构不对称性对系统输出的影响，保证三相对称输出电流，同时具备升压和中点电压平衡主动控制能力。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
[0008]本专利技术第一方面提供了非对称型准Z源三电平逆变器的空间矢量调制方法。
[0009]非对称型准Z源三电平逆变器的空间矢量调制方法，包括：
[0010]根据参考电压矢量的幅值和相角，判断参考电压矢量在空间矢量图中所在的扇区；
[0011]结合参考电压矢量所在的扇区和准Z源网络中两个电容的电压偏差，选取相应的基本电压矢量，并产生开关序列标志位；
[0012]对准Z源网络中两个电容的电压偏差进行调节，得到直流侧电容电压均衡控制器的输出量；
[0013]基于开关序列标志位，选择注入不同类型的直通状态，计算基本电压矢量的占空比，并根据计算得到的占空比，对直流侧电容电压均衡控制器的输出量进行限幅；
[0014]根据开关序列标志位和基本电压矢量的占空比，设计开关序列，将开关序列转换
为功率开关管的PWM驱动信号，控制非对称型准Z源三电平逆变器工作。
[0015]进一步的，根据系统中点电压平衡控制要求，设置中点电压平衡控制阈值ΔV
np_th
，结合参考电压矢量所在的扇区Sector和电容C2、C3的电压偏差ΔV
np
，按照规则选取相应的基本电压矢量合成参考电压矢量，并产生开关序列标志位Flag。
[0016]进一步的，将准Z源网络中两个电容的电压偏差ΔV
np
，并送入比例
‑
积分(ProportionalIntegral,PI)调节器，进一步取绝对值运算，得到直流侧电容电压均衡控制器的输出量。
[0017]进一步的，根据开关序列标志位的取值情况，确定基本电压矢量占空比计算方式；利用伏秒平衡原理列写方程组，求解基本电压矢量的占空比。
[0018]进一步的，所述选择注入不同类型的直通状态，具体方法如下：当开关序列标志位Flag＝5或14时，在P型小矢量中注入下直通状态，在N型小矢量中注入上直通状态，实现升压功能，且不影响系统正常输出交流电压；当开关序列标志位Flag取其它值时，在零矢量[PPP]或[NNN]中注入全直通状态，实现升压功能，且不影响系统正常输出交流电压。
[0019]进一步的，对直流侧电容电压均衡控制器的输出量进行限幅处理，保证各基本电压矢量的占空比均大于0、且小于1，更新各基本电压矢量的占空比，实现中点电压平衡控制。
[0020]进一步的，根据开关序列标志位的取值情况，设计开关序列。
[0021]进一步的，将设计的开关序列转换为功率开关管的PWM驱动信号，进而控制非对称型准Z源三电平逆变器系统工作。
[0022]本专利技术第二方面提供了非对称型准Z源三电平逆变器的空间矢量调制系统。
[0023]非对称型准Z源三电平逆变器的空间矢量调制系统，包括扇区判断模块、标志位计算模块、直流侧电容电压均衡控制模块、占空比计算模块和开关设计模块；
[0024]扇区判断模块，被配置为：根据参考电压矢量的幅值和相角，判断参考电压矢量在空间矢量图中所在的扇区；
[0025]标志位计算模块，被配置为：结合参考电压矢量所在的扇区和准Z源网络中两个电容的电压偏差，选取相应的基本电压矢量，并计算开关序列标志位；
[0026]直流侧电容电压均衡控制模块，被配置为：对准Z源网络中两个电容的电压偏差进行调节，得到直流侧电容电压均衡控制器的输出量；
[0027]占空比计算模块，被配置为：基于开关序列标志位，选择注入不同类型的直通状态，计算基本电压矢量的占空比，并根据计算得到的占空比，对直流侧电容电压均衡控制器的输出量进行限幅；
[0028]开关设计模块，被配置为：根据开关序列标志位和基本电压矢量的占空比，设计开关序列，将开关序列转换为功率开关管的PWM驱动信号，控制非对称型准Z源三电平逆变器工作。
[0029]本专利技术第三方面提供了计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本专利技术第一方面所述的非对称型准Z源三电平逆变器的空间矢量调制方法中的步骤。
[0030]本专利技术第四方面提供了电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本专利技术第一方面所述的非对称型
准Z源三电平逆变器的空间矢量调制方法中的步骤。
[0031]以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
[0032]1.在不同扇区内，通过在零矢量中注入全直通状态，或在小矢量中注入上直通和下直通状态，实现升压功能。
[0033]2.根据参考电压矢量所在的扇区和直流侧电容电压偏差值，选取相应的基本电压矢量，有效控制中点电压平衡，电容电压波动幅值很小。
[0034]3.当异常因素导致中点电压发生偏移时，本专利技术方法具备中点电压平衡主动控制能力，实现中点电压平衡状态恢复，从而提高了系统的运行可靠性。
[0035]4.克服拓扑结构不对称性对系统输出的影响，保证三相对称输出电流。
[0036]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0037]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.非对称型准Z源三电平逆变器的空间矢量调制方法，其特征在于，包括：根据参考电压矢量的幅值和相角，判断参考电压矢量在空间矢量图中所在的扇区；结合参考电压矢量所在的扇区和准Z源网络中两个电容的电压偏差，选取相应的基本电压矢量，并产生开关序列标志位；对准Z源网络中两个电容的电压偏差进行调节，得到直流侧电容电压均衡控制器的输出量；基于开关序列标志位，选择注入不同类型的直通状态，计算基本电压矢量的占空比，并根据计算得到的占空比，对直流侧电容电压均衡控制器的输出量进行限幅；根据开关序列标志位和基本电压矢量的占空比，设计开关序列，将开关序列转换为功率开关管的PWM驱动信号，控制非对称型准Z源三电平逆变器工作。2.如权利要求1所述的非对称型准Z源三电平逆变器的空间矢量调制方法，其特征在于，根据系统中点电压平衡控制要求，设置中点电压平衡控制阈值ΔV
np_th
，结合参考电压矢量所在的扇区Sector和电容C2、C3的电压偏差ΔV
np
，按照规则选取相应的基本电压矢量合成参考电压矢量，并产生开关序列标志位Flag，具体规则如下：当Sector＝1、且ΔV
np
≤ΔV
np_th
时，选取大矢量[PNN]、中矢量[PON]、零矢量[PPP]合成参考电压矢量，同时在零矢量[PPP]中注入全直通状态，实现升压功能，开关序列标志位Flag＝1；当Sector＝1、且ΔV
np
>ΔV
np_th
时，选取大矢量[PNN]、中矢量[PON]、小矢量[POO]、零矢量[PPP]合成参考电压矢量，同时在零矢量[PPP]中注入全直通状态，实现升压功能，开关序列标志位Flag＝2；当Sector＝2、且ΔV
np
≤ΔV
np_th
时，选取大矢量[PPN]、中矢量[PON]、零矢量[PPP]合成参考电压矢量，同时在零矢量[PPP]中注入全直通状态，实现升压功能，开关序列标志位Flag＝3；当Sector＝2、且ΔV
np
>ΔV
np_th
时，选取大矢量[PPN]、中矢量[PON]、小矢量[PPO]、零矢量[PPP]合成参考电压矢量，同时在零矢量[PPP]中注入全直通状态，实现升压功能，开关序列标志位Flag＝4；当Sector＝3或4时，选取大矢量[PPN]、大矢量[NPN]、小矢量[PPO]、小矢量[NON]合成参考电压矢量，同时在小矢量[PPO]中注入下直通状态，在小矢量[NON]中注入上直通状态，实现升压功能，开关序列标志位Flag＝5；当Sector＝5、且ΔV
np
≥
‑
ΔV
np_th
时，选取大矢量[NPN]、中矢量[NPO]、零矢量[NNN]合成参考电压矢量，同时在零矢量[NNN]中注入全直通状态，实现升压功能，开关序列标志位Flag＝6；当Sector＝5、且ΔV
np
<
‑
ΔV
np_th
时，选取大矢量[NPN]、中矢量[NPO]、小矢量[NON]、零矢量[NNN]合成参考电压矢量，同时在零矢量[NNN]中注入全直通状态，实现升压功能，开关序列标志位Flag＝7；当Sector＝6、且ΔV
np
≥
‑
ΔV
np_th
时，选取大矢量[NPP]、中矢量[NPO]、零矢量[NNN]合成参考电压矢量，同时在零矢量[NNN]中注入全直通状态，实现升压功能，开关序列标志位Flag＝8；当Sector＝6、且ΔV
np
<
‑
ΔV
np_th
时，选取大矢量[NPP]、中矢量[NPO]、小矢量[NOO]、零矢
量[NNN]合成参考电压矢量，同时在零矢量[NNN]中注入全直通状态，实现升压功能，开关序列标志位Flag＝9；当Sector＝7、且ΔV
np
≥
‑
ΔV
np_th
时，选取大矢量[NPP]、中矢量[NOP]、零矢量[NNN]合成参考电压矢量，同时在零矢量[NNN]中注入全直通状态，实现升压功能，开关序列标志位Flag＝10；当Sector＝7、且ΔV
np
<
‑
ΔV
np_th
时，选取大矢量[NPP]、中矢量[NOP]、小矢量[NOO]、零矢量[NNN]合成参考电压矢量，同时在零矢量[NNN]中注入全直通状态，实现升压功能，开关序列标志位Flag＝11；当Sector＝8、且ΔV
np
≥
‑
ΔV
np_th
时，选取大矢量[NNP]、中矢量[NOP]、零矢量[NNN]合成参考电压矢量，同时在零矢量[NNN]中注入全直通状态，实现升压功能，开关序列标志位Flag＝12；当Sector＝8、且ΔV
np
<
‑
ΔV
np_th
时，选取大矢量[NNP]、中矢量[NOP]、小矢量[NNO]、零矢量[NNN]合成参考电压矢量，同时在零矢量[NNN]中注入全直通状态，实现升压功能，开关序列标志位Flag＝13；当Sector＝9或10时，选取大矢量[NNP]、大矢量[PNP]、小矢量[POP]、小矢量[NNO]合成参考电压矢量，同时在小矢量[POP]中注入下直通状态，在小矢量[NNO]中注入上直通状态，实现升压功能，开关序列标志位Flag＝14；当Sector＝11、且ΔV
np
≤ΔV
np_th
时，选取大矢量[PNP]、中矢量[PNO]、零矢量[PPP]合成参考电压矢量，同时在零矢量[PPP]中注入全直通状态，实现升压功能，开关序列标志位Flag＝15；当Sector＝11、且ΔV
np
>ΔV
np_th
时，选取大矢量[PNP]、中矢量[PNO]、小矢量[POP]、零矢量[PPP]合成参考电压矢量，同时在零矢量[PPP]中注入全直通状态，实现升压功能，开关序列标志位Flag＝16；当Sector＝12、且ΔV
np
≤ΔV
np_th
时，选取大矢量[PNN]、中矢量[PNO]、零矢量[PPP]合成参考电压矢量，同时在零矢量[PPP]中注入全直通状态，实现升压功能，开关序列标志位Flag＝17；当Sector＝12、且ΔV
np
>ΔV
np_th
时，选取大矢量[PNN]、中矢量[PNO]、小矢量[POO]、零矢量[PPP]合成参考电压矢量，同时在零矢量[PPP]中注入全直通状态，实现升压功能，开关序列标志位Flag＝18。3.如权利要求1所述的非对称型准Z源三电平逆变器的空间矢量调制方法，其特征在于，将准Z源网络中两个电容的电压偏差ΔV
np
，并送入PI调节器，进一步取绝对值运算，得到直流侧电容电压均衡控制器的输出量。4.如权利要求1所述的非对称型准Z源三电平逆变器的空间矢量调制方法，其特征在于，根据开关序列标志位的取值情况，确定基本电压矢量占空比计算方式；利用伏秒平衡原理列写方程组，求解基本电压矢量的占空比；当开关序列标志位Flag＝1,3,6,8,10,12,15,17时，采用直接计算方式，求解大矢量、中矢量、零矢量的占空比；当开关序列标志位Flag＝2,4,7,9,11,13,16,18时，将直流侧电容电压均衡控制器的输出量作为小矢量的占空比，进一步设计间接计算方式，求解大矢量、中矢量、零矢量的占空比，同时需对直流侧电容电压均衡控制器的输出量作限幅处理，以保
证各基本电压矢量的占空比均大于0、且小于1；当开关序列标志位Flag＝5,14时，将直流侧电容电压均衡控制器的输出量作为小矢量占空比分配因子变化量，进一步设计间接计算方式，求解两个大矢量和两个小矢量的占空比，同时需对直流侧电容电压均衡控制器的输出量作限幅处理，以保证各基本电压矢量的占空比均大于0、且小于1。5.如权利要求1所述的一种非对称型准Z源三电平逆变器的空间矢量调制方法，其特征是，当开关序列标志位Flag＝1时，大矢量[PNN]、中矢量[PON]和零矢量[PPP]的占空比分别为其中，m和θ分别为调制度和参考电压矢量的相角，d
st
为直通占空比；当开关序列标志位Flag＝3时，大矢量[PPN]、中矢量[PON]和零矢量[PPP]的占空比分别为其中，m和θ分别为调制度和参考电压矢量的相角，d
st
为直通占空比；当开关序列标志位Flag＝2时，大矢量[PNN]、中矢量[PON]、小矢量[POO]、零矢量[PPP]的占空比分别为其中，m和θ分别为调制度和参考电压矢量的相角，y
np
为直流侧电容电压均衡控制器的输出量，d
st
为直通占空比；对直流侧电容电压均衡控制器的输出量y
np
作限幅处理，即当开关序列标志位Flag＝4时，大矢量[PPN]、中矢量[PON]、小矢量[PP...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦昌伟，李晓艳，褚志元，张焕君，李兆余，
申请(专利权)人：山东建筑大学，
类型：发明
国别省市：