三相四线制NPC型三电平三桥臂APF空间矢量脉宽调制方法技术

一种三相四线制NPC型三电平三桥臂APF空间矢量脉宽调制方法，包括以下步骤：1)获取开关状态组合

【技术实现步骤摘要】
三相四线制NPC型三电平三桥臂APF空间矢量脉宽调制方法


[0001]本专利技术涉及APF调制领域，具体涉及一种三相四线制NPC型三电平三桥臂APF的空间矢量脉宽调制方法。

技术介绍

[0002]有源电力滤波器(Active power filter，APF)是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对不同大小和频率的谐波进行快速跟踪补偿。相对于无源LC滤波器，只能被动吸收固定频率与大小的谐波而言，APF可以通过采样负载电流并进行各次谐波和无功的分离，控制并主动输出电流的大小、频率和相位，并且快速响应，抵消负载中相应电流，实现了动态跟踪补偿，而且可以既补谐波又补无功和不平衡。
[0003]随着电力电子器件在电力系统中的广泛应用，电网中产生大量谐波，污染电能质量。近来，三相四线制系统在整个电网中产生谐波的比重越来越大。三相四线制NPC型三电平三桥臂有源电力滤波器因具有开关器件需耐受的阻断电压减半、输出电压波形正弦性更好、电压变化率减小等优点而广泛采用。三相四线制NPC型三电平三桥臂有源电力滤波器的拓扑结构能够克服开关器件耐压不够问题，开关损耗小，动态响应快，是一种较为成熟的APF拓扑结构，如图2所示。
[0004]空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)的主要思想是以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成PWM波，以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。传统的SPWM方法从电源的角度出发，以生成一个可调频调压的正弦波电源，而SVPWM方法将逆变系统和异步电机看作一个整体来考虑，模型比较简单，也便于微处理器的实时控制。
[0005]国内外通过对SVPWM的大量研究发现，负载动态过程中有功无功的波动，元器件的分散性，容易造成直流侧两个电容分压不均，从而引起中点电位不平衡。
[0006]关于如何抑制中点电位不平衡问题，目前是通过以下几种方法来解决的：
[0007]①
基于电荷平衡控制SVPWM调制的中点电压控制法以平衡中点电位；
[0008]②
在三相四线制两电平APF的基础上进行三维空间矢量调制，增加均压控制以平衡中点电位；
[0009]③
对三电平空间矢量脉宽调制算法进行简化，通过重新划分大扇区，在每个大扇区里转化到两电平的空间矢量分析，以简化三电平空间矢量脉宽调制算法。
[0010]但是上述方法在三电平空间矢量脉宽调制过程，并未将零序电压纳入考虑，对小矢量作用时间仅作有可能引入中点电位不平衡的简单平分处理，之后再来引入调节因子抑制其所带来的中点电位不平衡影响，这样仍然会大大降低APF的谐波补偿效果，并没有实质性的改善电能质量。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的是针对现有技术对应的不足，提供一种三相四线制NPC型三电平三桥臂APF空间矢量脉宽调制方法，基于对零序电压的分析，在传统电压空间矢量调制算法基础上，按照三电平七段式SVPWM基矢量顺序表，调整各段基矢量的作用时间，能够结合直流侧均压控制，改善三相四线制NPC型三电平三桥臂有源电力滤波器的谐波补偿效果。
[0012]本专利技术的目的是采用下述方案实现的：一种三相四线制NPC型三电平三桥臂APF空间矢量脉宽调制方法，包括以下步骤：
[0013]1)根据三相四线制NPC型三电平三桥臂有源电力滤波器的拓扑结构，计算在不同开关状态下的电压矢量对应在α
‑
β
‑
0坐标系中α、β、0轴上的分量，得到开关状态组合
‑
电压矢量对照表；
[0014]2)根据开关状态组合
‑
电压矢量对照表得到三电平七段式SVPWM基矢量顺序表以及三电平开关状态矢量分布图，并将三电平开关状态矢量分布图划分为六个大扇区，各大扇区均包括六个小扇区，并且给各个大、小扇区编号；
[0015]3)根据目标电压矢量，确定所对应的大扇区编号，并根据目标电压矢量对应的大扇区编号以及电压分向量修正表，在对应的大扇区范围内对目标电压矢量进行修正，得到对应的调制电压矢量；
[0016]4)根据调制电压矢量，确定所对应的小扇区编号；
[0017]5)根据平均值等效原理，将一个开关周期内的调制电压矢量分为八个电压基矢量，其中第一、第八电压基矢量相等，第二、第七电压基矢量相等，第三、第六电压基矢量相等，第四、第五电压基矢量相等；
[0018]6)根据调制电压矢量对应的大、小扇区编号以及三电平七段式SVPWM基矢量顺序表，确定各电压基矢量在一个开关周期内对应的作用顺序、开关状态；
[0019]7)根据调制电压矢量对应的大、小扇区编号，计算得到各电压基矢量的作用时间；
[0020]8)APF逆变电路按照各电压基矢量对应的开关状态、作用时间、作用顺序输出调制电压。
[0021]优选地，所述第一、第八、第四、第五电压基矢量的作用时间按如下公式计算：
[0022]⑴
当调制电压矢量对应的大扇区编号为1，或者3，或者5时，第一、第四电压基矢量的作用时间按照下列公式进行计算：
[0023][0024][0025]式中，t1为第一电压基矢量的作用时间，t2为第二电压基矢量的作用时间，t3为第
三电压基矢量的作用时间，t4为第四电压基矢量的作用时间，T
S
为开关周期，U
dc
为直流侧总电压，V
r
′
efα
为调制电压矢量的α轴分向量，V
r
′
efβ
为调制电压矢量的β轴分向量，V
r
′
ef0
为调制电压矢量的0轴分向量；
[0026]⑵
当调制电压矢量对应的大扇区编号为2，或者4，或者6时，第一、第四电压基矢量的作用时间按照下列公式进行计算：
[0027][0028][0029]式中，t1为第一电压基矢量的作用时间，t2为第二电压基矢量的作用时间，t3为第三电压基矢量的作用时间，t4为第四电压基矢量的作用时间，T
S
为开关周期，U
dc
为直流侧总电压，V
r
′
efα
为调制电压矢量的α轴分向量，V
r
′
efβ
为调制电压矢量的β轴分向量，V
r
′
ef0
为调制电压矢量的0轴分向量；
[0030]⑶
所述第八电压基矢量与第一电压基矢量的作用时间相等，所述第五电压基矢量与第四电压基矢量的作用时间相等。
[0031]优选地，所述第二、第六、第三、第七电压基矢量的作用时间按如下公式计算：
[0032]⑴
当调制电压矢量对应的小扇区编号为1时，第二、第三电压基矢量的作用时间按照下列公式进行计算：
[0033本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三相四线制NPC型三电平三桥臂APF空间矢量脉宽调制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据三相四线制NPC型三电平三桥臂有源电力滤波器的拓扑结构，计算在不同开关状态下的电压矢量对应在α
‑
β
‑
0坐标系中α、β、0轴上的分量，得到开关状态组合
‑
电压矢量对照表；2)根据开关状态组合
‑
电压矢量对照表得到三电平七段式SVPWM基矢量顺序表以及三电平开关状态矢量分布图，并将三电平开关状态矢量分布图划分为六个大扇区，各大扇区均包括六个小扇区，并且给各个大、小扇区编号；3)根据目标电压矢量，确定所对应的大扇区编号，并根据目标电压矢量对应的大扇区编号以及电压分向量修正表，在对应的大扇区范围内对目标电压矢量进行修正，得到对应的调制电压矢量；4)根据调制电压矢量，确定所对应的小扇区编号；5)根据平均值等效原理，将一个开关周期内的调制电压矢量分为八个电压基矢量，其中第一、第八电压基矢量相等，第二、第七电压基矢量相等，第三、第六电压基矢量相等，第四、第五电压基矢量相等；6)根据调制电压矢量对应的大、小扇区编号以及三电平七段式SVPWM基矢量顺序表，确定各电压基矢量在一个开关周期内对应的作用顺序、开关状态；7)根据调制电压矢量对应的大、小扇区编号，计算得到各电压基矢量的作用时间；8)APF逆变电路按照各电压基矢量对应的开关状态、作用时间、作用顺序输出调制电压。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一、第八、第四、第五电压基矢量的作用时间按如下公式计算：
⑴
当调制电压矢量对应的大扇区编号为1，或者3，或者5时，第一、第四电压基矢量的作用时间按照下列公式进行计算：用时间按照下列公式进行计算：式中，t1为第一电压基矢量的作用时间，t2为第二电压基矢量的作用时间，t3为第三电压基矢量的作用时间，t4为第四电压基矢量的作用时间，T
S
为开关周期，U
dc
为直流侧总电压，V
r
′
efα
为调制电压矢量的α轴分向量，V
r
′
efβ
为调制电压矢量的β轴分向量，V
r
′
ef0
为调制电压矢量的0轴分向量；
⑵
当调制电压矢量对应的大扇区编号为2，或者4，或者6时，第一、第四电压基矢量的作
用时间按照下列公式进行计算：用时间按照下列公式进行计算：式中，t1为第一电压基矢量的作用时间，t2为第二电压基矢量的作用时间，t3为第三电压基矢量的作用时间，t4为第四电压基矢量的作用时间，T
S
为开关周期，U
dc
为直流侧总电压，V
r
′
efα
为调制电压矢量的α轴分向量，V
r
′
efβ
为调制电压矢量的β轴分向量，V
r
′
ef0
为调制电压矢量的0轴分向量；
⑶
所述第八电压基矢量与第一电压基矢量的作用时间相等，所述第五电压基矢量与第四电压基矢量的作用时间相等。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二、第六、第三、第七电压基矢量的作用时间按如下公式计算：
⑴
当调制电压矢量对应的小扇区编号为1时，第二、第三电压基矢量的作用时间按照下列公式进行计算：列公式进行计算：式中，t2为第二电压基矢量的作用时间，t3为第三电压基矢量的作用时间，T
S
为开关周期，U
dc
为直流侧总电压，V
r
′
efα
为调制电压矢量的α轴分向量，V
r
′
efβ
为调制电压矢量的β轴分向量；
⑵
当调制电压矢量对应的小扇区编号为2时，第二、第三电压基矢量的作用时间按照下列公式进行计算：列公式进行计算：式中，t2为第二电压基矢量的作用时间，t3为第三电压基矢量的作用时间，T
S
为开关周
期，U
dc
为直流侧总电压，V
′
refα
为调制电压矢量的α轴分向量，V
′
refβ
为调制电压矢量的β轴分向量；
⑶
当调制电压矢量对应的小扇区编号为3时，第二、第三电压基矢量的作用时间按照下列公式进行计算：列公式进行计算：式中，t2为第二电压基矢量的作用时间，t3为第三电压基矢量的作用时间，T
S
为开关周期，U
dc
为直流侧总电压，V
′
refα
为调制电压矢量的α轴分向量，V
′
refβ
为调制电压矢量的β轴分向量；
⑷
当调制电压矢量对应的小扇区编号为4时，第二、第三电压基矢量的作用时间按照下列公式进行计算：列公式进行计算：式中，t2为第二电压基矢量的作用时间，t3为第三电压基矢量的作用时间，T
S
为开关周期，U
dc
为直流侧总电压，V
′
refα
为调制电压矢量的α轴分向量，
′
refβ
为调制电压矢量的β轴分向量；
⑸
当调制电压矢量对应的小扇区编号为5时，第二、第三电压基矢量的作用时间按照下列公式进行计算：列公式进行计算：式中，t2为第二电压基矢量的作用时间，t3为第三电压基矢量的作用时间，T
S
为开关周期，U
dc
为直流侧总电压，V
′
refα
为调制电压矢量的α轴分向量，V
′
refβ
为调制电压矢量的β轴分向量；
⑹
当调制电压矢量对应的小扇区编号为6时，第二、第三电压基矢量的作用时间按照下列公式进行计算：
式中，t2为第二电压基矢量的作用时间，t3为第三电压基矢量的作用时间，T
S
为开关周期，U
dc
为直流侧总电压，V
′
refα
为调制电压矢量的α轴分向量，V
′
refβ
为调制电压矢量的β轴分向量；
⑺
所述第六电压基矢量与第三电压基矢量的作用时间相等，所述第七电压基矢量与第二电压基矢量的作用时间相等。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调制电压矢量对应的小扇区编号按照以下方式确定：
⑴
首先按照下列公式计算调制电压矢量对应的小扇区判断值：S
小
＝a+2b+4c式中，S
小
为小扇区判断值，a值、b值、c值分别按照下列方式确定：
①
当V
r
′
efβ
＞0时，a＝1；否则，a＝0；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘霜，房占凯，苟家喜，陈果，杨自清，赖强，
申请(专利权)人：重庆川仪自动化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：