[发明专利]一种基于简化SVPWM的三电平逆变间接矢量控制系统

说明书

技术领域

本发明属于高压、大功率交流变频调速领域，涉及一种基于SVPWM简化算法的二极管箝位型(NPC)三电平逆变器的间接矢量控制系统。 

背景技术

自NPC三电平拓扑结构提出以来，该结构已在中高压交流电机传动、电网无功补偿以及新能源发电等领域得到了广泛的应用。较之两电平，NPC三电平逆变器具有输出电压更接近正弦波、电压变化率小、等效开关频率高、谐波小等特点。但由于其负载电流通过各相桥臂，会在直流侧中点产生了一定的电流，使分压电容电压不平衡。电容电压不平衡会增大输出电压波形的谐波含量，同时会加大开关器件的电压应力，甚至会损坏开关器件、击穿直流侧电容。因此，在变频调速系统中，需要通过控制算法进行适当选择开关状态方程的自由度来均衡电容电压。 

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提出了一种基于简化SVPWM的三电平逆变间接矢量控制系统，该系统省去了参考电压矢量所在大、小扇区的判断以及大量三角函数运算，仅需进行简单的逻辑判断，即可得到用于合成参考电压矢量的最近三矢量；同时，在算法中引入了输出开关状态方程，可以有效地控制直流侧中点电位平衡，该方法能很容易的推广到更高电平逆变器中去。 

本发明为解决上述技术问题的不足而采用的技术方案是：一种基于简化SVPWM的三电平逆变间接矢量控制系统， 

步骤一、建立基于NPC三电平逆变器主电路，由三相三电平二极管箝位式逆变单元、整流单元、滤波单元组成，逆变器每一相由4个IGBT开关管、4个续流二极管、2个箝位二极管组成；整个三相逆变器直流侧由两个电容Cl、C2串联起来支撑并均衡直流侧电压，其中Cl=C2；

步骤二、利用60°坐标系下的SVPWM简化算法使步骤一中主电路直流侧电容电压平衡；

步骤三、采用坐标变换的方法对其数学模型进行简化：对异步电动机进行处理时，忽略空间谐波，三相绕组在空间互差120°，所产生的磁动势沿气隙周围按正弦规律分布；忽略磁路饱和，认为各绕组的自感和互感都是恒定的；忽略铁心损耗；不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响；

步骤四、根据步骤三中的异步电动机动态数学模型和矢量控制的基本原理，以步骤一中的主电路为基础，建立基于NPC三电平逆变器的间接矢量控制系统。

所述的步骤一为，逆变器每相由4个IGBT开关管、4个续流二极管、2个箝位二极管组成；整个三相逆变器直流侧由两个电容Cl、C2串联起来支撑并均衡直流侧电压，其中Cl=C2，通过一定的开关逻辑控制，交流侧产生三种电压的相电压，在输出端合成正弦波，其主电路的动态数学模型为： ，其中、、分别为A、B、C三相相电流，R、L分别为交流侧的电阻值、电感值，为直流侧电压，，、、为逆变器 A、B、C三相的开关函数，、、分别为交流侧A、B、C三相电压源。 

所述的步骤二的基于60°坐标系下的SVPWM简化算法为， 

步骤一、坐标变换：将NPC三电平逆变器基本空间正六边形矢量图采用非正交的60°坐标系，即坐标系来代替传统的正交坐标系，由Clark变换，并按小矢量的长度为的规定，将基本空间矢量图归一化；

步骤二、基本矢量的确定：经过归一化处理后，将所有空间矢量的坐标值归一为整数，采用电压空间矢量坐标值向上和向下取整的方法，及最近三矢量原则来确定合成参考空间矢量的基本空间矢量、、；

步骤三、矢量作用时间的计算：对于一个给定的参考电压空间矢量，由伏秒平衡原理，为PWM中断周期，计算出由步骤三确定的各个基本矢量的作用时间、、；

步骤四、输出开关状态的确定：取最近三矢量为：，该基本矢量对应的开关状态为：，则开关矢量可记为：，根据大矢量、中矢量、正小矢量、负小矢量对中点电压的影响，选择不同的，就可以选择不同的冗余矢量，得到三个最近基本矢量所对应的全部开关状态，得到不同的开关序列脉冲，通过对三电平逆变器开关管的导通与关断进行控制，控制中点电压平衡。