三相二极管箝位三电平变流器的综合矢量调制方法技术

本发明专利技术涉及三相二极管箝位三电平变流器的综合矢量调制方法。该方法首先对输出矢量所在的扇区进行判断，之后判断当前输出矢量在线性调制区还是在过调制区，在线性调制区按常规SVPWM方法或按虚拟矢量合成SVPWM方法计算各相桥臂IGBT的占空比；在过调制区，先根据过调制算法计算出大矢量、中矢量的占空比，再将中矢量按照下述原则分解，即使一个中矢量的作用时间，等于两个与其临近的大矢量各自作用总时间的三分之一之和再加上该中矢量作用总时间的三分之一，最后计算出各相桥臂IGBT的占空比。本发明专利技术方法不仅能够以三电平输出实现NPC三电平变流器的过调制，还能最大程度地抑制由于过调制导致的直流中点电压的较大偏移与较大波动。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及风力发电系统的运行控制技术，具体是一种三相二极管箝位三电平变流器的综合矢量调制方法。
技术介绍
现有的三相变流器的控制方法中，电压空间矢量SVPWM调制技术相对于SPWM调制技术有着较高的直流电压利用率，且产生的波形质量高、谐波含量小、便于数字信号处理器实时控制等优点，得到了广泛的应用。不论两电平变流器还是多电平变流器，其SVPWM的工作区均分为线性调制区与过调制区。在过调制区中必须采用过调制技术以实现更高的直流电压利用率，即在同样的直流电压下输出过大的交流电压。目前，两电平的SVPWM技术与过调制技术已得到了广泛的研究，三电平的SVPWM 技术近年来也得到了较多研究，但成熟的三电平过调制技术还在探索之中。在多电平变换器的控制中，SVPWM技术除按参考矢量生成输出电压外，还必须考虑抑制中点电压偏移与波动问题。在线性调制区，三电平变流器的SVPWM调制有两种实现方式，一种是常规的SVPWM技术，另一种是基于虚拟矢量合成的SVPWM技术。后者对三电平变流器的中点电压波动具有最好的抑制能力。在过调制区域，三电平变流器的过调制技术不仅要实现三电平输出，同时要保证较小的中点电压偏移与波动。对这一问题之前尚无较好的解决方法。一般处理措施是尽量提高直流母线电压避免变流器工作在过调制区域；或者以两电平方式实现过调制技术，这是以牺牲三电平优势为代价；或者增加硬件，当中点电压不平衡时，采用制动电阻对电压较高的电容进行放电，增加了系统成本。图I为二极管箝位(NPC)三电平变流器。该电路用两个串联的电容将直流母线电压分为三个电平，每个桥臂用四个开关器件串联。用一对串联箝位二极管和内测开关管并联，其中心抽头和第三电平连接，实现中点箝位。变流器每相的开关动作组合状态可使该相输出udc(2)、udc/2(l)、0(0)三种状态，三相的三种状态的组合共有27种，其中24个为非零矢量，三个零矢量，这24个非零矢量将圆周分为12个30°区域，如图2 ;两电平则分为6个60°区域，如图3，每个区域被称为扇区。多电平的特点之一就是将两电平的一个扇区分为更多的子区域。图2中，在三相的24种组合状态中，矢量200、220、020、022、002、202由于矢量幅值最大，被称为大矢量；矢量210、120、021、012、102、201被称为中矢量；其它矢量为小矢量。当大矢量作用时，由于流过直流电容中点的电流为零，故对中点电压无影响，而短矢量与中矢量均对直流中点电压有影响。图3中，大矢量构成的六边形中，在六边形内切圆内包括该内切圆上的参考矢量(即输出电压)均可无畸变产生，故内切圆以内为线性调制区；在内切圆与六边形外接圆区域的参考矢量，变流器可以无相移但输出值减小的方式生成，故该黄色区域为过调制I区；六边形外接圆与外部圆之间为过调制2区。在对波形质量有较高要求的场合，变流器仅工作在线性调制区与过调制I区。三电平SVPWM技术中，一般有两种实现方式。以扇区I为例，常规SVPWM调制技术的子区域划分如图4所示；虚拟矢量合成SVPWM调制技术的子区域划分如图5所示。实现中点电压平衡控制的原理是通过实时、动态地调制短矢量的作用时间，实现对直流电容充放电的控制，达到中点电压平衡的目的。在线性调制区，常用的方法有滞环控制、较精确的定量控制。其基本原理是在保证短矢量在每个开关周期内总作用时间不变的前提下，根据检测到的中点电压和交流电流方向，实时调整正负短矢量的作用时间，实现中点电压的平衡控制。在虚拟矢量合成SVP丽技术中，由于中矢量用虚拟矢量代替，通过开关模式的合理选择，可使SVPWM具有中点电压的自平衡能力，即在理论上可使中点电压波动为零。例如 图4中用虚拟矢量V’3取代图3中的中矢量V3。但当三电平变流器工作于过调制区间时，输出矢量在六边形上，故输出矢量只能由大矢量与中矢量合成。此时，由于没有短矢量存在，且中矢量作用时间较长，此时会产生较大的中点电压波动。三电平变流器过调制技术实现困难的原因在于，三相二极管箝位(NPC)三电平变流器实现过调制时，合成输出矢量的基本矢量必然有一个是大矢量，一个是中矢量，大矢量对中点电压波动无影响，但中矢量会引起中点电压的偏移和波动，而且此时没有其它可对中点电压调节的控制矢量存在，使得过调制时中点电压的波动难以控制。以图4中的扇区I为例，过调制区域只会出现在子区域A2与A3中。当输出矢量在子区域A2的六边形上时，常规过调制的输出矢量的顺序为200 — 210 — 200 ;当参考矢量在子区域A3的六边形上时，其输出矢量的顺序为210 — 220 — 210。可以看出，这种过调制技术大量使用中矢量210，使中矢量作用时间相对增加，而没有其它能够调节中点电压的矢量存在，使中点电压产生偏移与波动，不具有实用性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种能够以三电平输出实现NPC三电平变流器的过调制，同时能够较好好抑制由于过调制导致的直流中点电压偏移和波动的三相二极管箝位三电平变流器的综合矢量调制方法。本专利技术的三相二极管箝位三电平变流器的综合矢量调制方法是首先对输出矢量所在的扇区进行判断，之后判断当前输出矢量在线性调制区还是在过调制区，在线性调制区按常规SVPWM方法或按虚拟矢量合成SVPWM方法计算各相桥臂IGBT的占空比；在过调制区，先根据过调制算法计算出大矢量、中矢量的占空比，再将中矢量按照下述原则分解，即使一个中矢量的作用时间，等于两个与其临近的大矢量各自作用总时间的三分之一之和再加上该中矢量作用总时间的三分之一，最后计算出各相桥臂IGBT的占空比。在各相桥臂IGBT的占空比计算完毕后，判断当前中点电压波动是否超过预设值，如果超过，根据中点电压波动抑制方法，对相应IGBT的占空比进行修正，实现对中点电压波动的抑制。本专利技术给出了 NPC三电平变流器在线性区与过调制区完整的调制方案，不仅最大程度地减小了中点电压波动，而且使变流器在线性区与过调制区之间过渡时，实现平滑无缝切换；同时，本专利技术方法不仅能够以三电平输出实现NPC三电平变流器的过调制，还能最大程度地抑制由于过调制导致的直流中点电压的较大偏移与较大波动。附图说明图I是现有三相二极管箝位三电平变流器的电路原理 图2是三相二极管箝位三电平变流器的三电平电压空间矢量 图3是三电平变流器的SVPWM调制的工作区间示意 图4是现有常规SVPWM调制方法中一个扇区的子区域划分示意 图5是现有虚拟矢量合成SVPWM调制方法中一个扇区的子区域划分示意图。 具体实施例方式本专利技术的三相二极管箝位三电平变流器的综合矢量调制方法是首先对输出矢量所在的扇区进行判断，之后判断当前输出矢量在线性调制区还是在过调制区，在线性调制区按常规SVPWM方法或按虚拟矢量合成SVPWM方法计算各相桥臂IGBT的占空比；在过调制区，先根据过调制算法计算出大矢量、中矢量的占空比，再将中矢量按照下述原则分解，即使一个中矢量的作用时间，等于两个与其临近的大矢量各自作用总时间的三分之一之和再加上该中矢量作用总时间的三分之一，最后计算出各相桥臂IGBT的占空比。在各相桥臂IGBT的占空比计算完毕后，判断当前中点电压波动是否超过预设值，如果超过，根据中点电压波动抑制方法，对相应IGBT的占空比进行修正，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三相二极管箝位三电平变流器的综合矢量调制方法，其特征是：首先对输出矢量所在的扇区进行判断，之后判断当前输出矢量在线性调制区还是在过调制区，在线性调制区按常规SVPWM方法或按虚拟矢量合成SVPWM方法计算各相桥臂IGBT的占空比；在过调制区，先根据过调制算法计算出大矢量、中矢量的占空比，再将中矢量按照下述原则分解，即使一个中矢量的作用时间，等于两个与其临近的大矢量各自作用总时间的三分之一之和再加上该中矢量作用总时间的三分之一，最后计算出各相桥臂IGBT的占空比。

【技术特征摘要】
1.一种三相二极管箝位三电平变流器的综合矢量调制方法，其特征是首先对输出矢量所在的扇区进行判断，之后判断当前输出矢量在线性调制区还是在过调制区，在线性调制区按常规SVPWM方法或按虚拟矢量合成SVPWM方法计算各相桥臂IGBT的占空比；在过调制区，先根据过调制算法计算出大矢量、中矢量的占空比，再将中矢量按照下述原则分解，即使一个中矢量的作用时间，等于两个与...

【专利技术属性】
技术研发人员：王灏雄，
申请(专利权)人：江苏大全凯帆电器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：