[发明专利]三电平逆变器SVPWM的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及驱动电动机的逆变器控制领域，尤其涉及三电平逆变器SVPWM(空间矢量脉宽调制)的控制方法及控制装置。

背景技术

在大功率逆变器应用场合，多电平逆变器由于其开关器件承受的电压低、输出电压谐波含量小、开关频率低等优点，得到了越来越广泛的应用。其中NPC(Neutral Point Clamped)三电平逆变器是应用最广泛的一种多电平结构，它只需要一个独立的直流电压源，对硬件的要求较低。NPC三电平逆变器的主电路及控制电路如图1所示。

PWM控制策略是三电平NPC逆变器研究中的关键技术之一，国内外专家学者己经提出了许多的PWM方法，基本上可以分为载波调制法(SPWM)和空间矢量调制法(SVPWM)两类。其中SVPWM由于具有易于数字实现、电压利用率高、输出电压形式丰富等优点而被广泛使用。

传统的三电平逆变器的空间电压矢量调制，采用将空间电压矢量图分成六个π/3三角大扇区，在每一个三角大扇区中，又分成4个三角形小区域，空间电压矢量分布图如图2所示。判断空间电压矢量的矢端位于哪一个三角形小区域，在这个区域中，采用最近三矢量的合成法则。矢量的作用时间由参考电压矢量决定，矢量作用的次序与中点电位波动有关。

三相桥臂每相有三个(P-O-N)开关状态，整个系统就有27种开关状态，分为大矢量、中矢量、小矢量和零矢量。大矢量和中矢量没有冗余开关状态，而零矢量和小矢量存在冗余状态；对于中点电流而言，零矢量和大矢量对应的中点电流为零，所以中点电位的控制就是用小矢量抵消中矢量产生的中点电位不平衡。可以考虑利用多余的小矢量来控制，一般采用改变作用次序的方法使波形在一个控制周期内对称。

由于传统空间电压矢量调制模式都是基于七段式调制模式的方法，冗余小矢量并不能完全被应用，因而不能充分发挥冗余小矢量对中点电位平衡的作用。而且如果在传统的空间电压矢量调制中使得冗余小矢量完全被应用，则不能保证在避免P—N状态直接切换的条件下从一个区间到另一个区间过度时三相桥臂开关器件的状态切换只有一次。

因此使用空间电压矢量调制控制三电平逆变器的同时，还要增加软件算法或者硬件设备来控制中点电位的平衡，使得三电平逆变器的控制复杂化。

由此可见，上述现有的三电平逆变器的控制方法在使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服传统空间电压矢量调制控制三电平逆变器的不足，而提出一种新型三电平逆变器SVPWM的控制方法，其采用九段式空间电压矢量调制模式，每个控制周期均以零矢量开始和以零矢量结束，利用新的空间电压矢量作用时间算法，使得小矢量和其对应的冗余矢量的作用时间相等，以达到控制三电平逆变器和实现中点电位平衡的双重目的。

本发明的目的是采用以下技术方案来实现的。本发明提供一种三电平逆变器SVPWM的控制方法,其包括以下步骤：

步骤S1，根据给定空间电压矢量u_ref＝1.5U_me^jθ的幅值1.5U_m和相位角θ判断出给定空间电压矢量u_ref所在的三角大扇区S和小区间s；

步骤S2，根据三角大扇区S和小区间s选择所使用的空间电压矢量；

步骤S3，根据三角大扇区S和小区间s选择出计算空间电压矢量作用时间的计算方法；

步骤S4，根据小矢量和其对应的冗余矢量的作用时间相等和每个控制周期均以零矢量U_ooo开始和以零矢量U_ooo结束的方法，在避免高电平P和低电平N之间直接切换并保证相邻空间电压矢量状态之间的切换只有一个桥臂开关器件动作的前提下，实现空间电压矢量的九段式调制模式；

步骤S5,根据九段式空间电压矢量调制模式，在三电平逆变装置里面，每个控制周期以零矢量U_ooo开始和以零矢量U_ooo结束，调整空间电压矢量作用时间的次序，以实现空间电压矢量状态之间的平滑切换，即在避免高电平P和低电平之间直接切换的前提下，保证空间电压矢量状态之间的切换只有一个桥臂动作，从而减小开关频率；

步骤S6，根据所使用的空间电压矢量，利用TMS320LF2407ADSP控制器输出开关器件所需要的三相PWM脉冲信号；