[发明专利]一种通用的直接的多电平逆变器三维空间矢量调制算法

说明书

技术领域

本发明涉及到多电平逆变器空间矢量调制技术领域，特指一种通用的直接的多电平逆变器三维空间矢量调制算法。

背景技术

空间矢量调制算法具有直流电压利用率高，谐波畸变率小，易于数字化实现等优点，被广泛应用于多电平逆变器的调制。然而随着多电平逆变器输出电平数的增加，空间矢量调制算法实现过程中出现了基本矢量数量以及开关状态矢量的数量都大大增加，且出现一个基本矢量存在多个开关状态矢量(即冗余开关状态矢量)，导致等效参考矢量的基本矢量定位困难，合适的基本矢量对应的开关状态矢量的选择难度更大，最终制约了空间矢量调制算法在电平数大于七的多电平逆变器上的应用。

发明内容

本发明的目的是针对目前多电平逆变器空间矢量调制算法存在的上述问题，提出一种通用的直接的多电平逆变器三维空间矢量调制算法，此算法把三相参考电压直接映射到三维直角坐标系内进行研究，直接对三维直角坐标系中的参考电压进行采样，且把多电平逆变器的开关状态矢量映射到三维直角坐标系中，开关状态矢量即基本矢量(不存在传统多电平逆变器一个基本矢量存在多个不同的开关矢量的问题)，用逼近参考电压矢量的四个基本矢量合成参考矢量，在一个采样周期内，在四个基本矢量组成的小四面体四个顶点之间进行切换，实现空间矢量调制算法。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种通用的直接的多电平逆变器三维空间矢量调制算法，包括以下步骤：

第一步，定义三维空间直角坐标系，把三相参考电压归一化，并映射到三维直角坐标系中，得到三相电压的三维空间参考电压矢量轨迹曲线。

第二步，把开关状态矢量映射到三维坐标系中，开关状态矢量分布在以坐标原点为中心、棱长为(n-1)(n表示多电平逆变器的总电平数)的立方体内的整数坐标点，即形成三维直角坐标系中的基本矢量，所有基本矢量均位于单位正方体的顶点。

第三步，对三维空间参考电压轨迹曲线采样，得到参考矢量V_r(a_r，b_r，c_r)，V_r表示参考矢量，(a_r，b_r，c_r)表示V_r对应的矢量坐标(后面出现的V_i(*，*，*)表示相同的概念)。

第四步，对参考矢量V_r(a_r，b_r，c_r)的各个坐标分量取向下整得：

式(1)中floor(*)表示向下取整函数，空间坐标点(a，b，c)和(a+1，b+1，c+1)确定了一个单位正方体。

第五步，分别以a+0.5、b+0.5、c+0.5三个平面把所得单位正方体分割成8个八分之一正方体。

第六步，判断所采样参考矢量位于哪个八分之一正方体中，该八分之一正方体的一个与原单位正方体重合的那个顶点矢量即为第一个等效的基本矢量V₁。

第七步，计算参考矢量V_r相对于基本矢量V₁各个分量对应的增量的大小，判断沿哪个坐标轴的方向变化量最大，沿哪个坐标轴变化量最小，即可确定另外三个等效的基本矢量V₂、V₃、V₄。

第八步，利用伏秒平衡原理，计算基本矢量V₁、V₂、V₃、V₄的作用时间

式(2)中，时间t₁、t₂、t₃、t₄分别对应基本矢量V₁、V₂、V₃、V₄的作用时间，T_S表示采样周期。