[发明专利]基于NPC三电平SVPWM逆变器相电流重构方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子与电力传动技术领域，具体涉及一种基于NPC三电平SVPWM逆变器相电流重构方法。

背景技术

工业领域对交流传动控制日益增长的需求促进了电力电子器件容量耐压等级及微电子控制技术的提高，中点钳位式(NPC)三电平是其中的典型拓扑，相较于传统的两电平逆变器，由于电平数目增多，使得输出电压谐波成分减少，开关管的电压开关应力降低，从而使系统损耗减少，在低压开关器件的应用更加广泛。

为了使逆变器输出达到较好的效果，需要对相电流进行采样反馈。电流采样技术可分为直接采样和间接采样。直接采样中，将至少两个电流传感器放置在输出负载侧，以提供三相电流的反馈信号；间接采样中，使用一个电流传感器，通过采集中点电位上的电流用以构建三相电流。间接采样法相比于直接采样法，减少了电流传感器个数，节省生产成本，同时降低了系统的重量和体积，并且能够消除由于传感器间参数的差异导致的测量误差。基于上述的优势，基于中点电位的电流采样技术广泛应用于多种场合。

然而，NPC三电平逆变器空间矢量调制(SVPWM)运行，进行中点电流采样时，载波周期内非零基本空间矢量的作用时间只有在满足最小采样时间T_min的前提下，才能对相电流进行有效重构。空间参考矢量在扇区边界切换时，会出现在一个载波周期内非零基本空间矢量的作用时间不满足T_min，导致电流采样失效，这些区域称为非观测区。针对非观测区的处理方法，主要是通过改变调制矢量时序以及状态，如增减调制矢量作用，增大载波周期，保证非零基本空间矢量最小作用时间。

申请号为201010039771.3的专利《基于直流母线电流的电动机相电流检测方法》，通过在一个多倍于载波周期的算法周期内，保持该时间段内多个载波周期非零矢量总作用时间不变，将其中一个PWM载波周期内非零基本空间矢量的作用时间，增大到满足最小采样时间。该方法算法周期较长，不利于精准检测电流；专利号为201110331123.X的《基于对称PWM载波的电动机相电流重构方法》，将调制矢量分解为该扇区边界区域非零基本空间矢量相邻的两非零基本空间矢量，并加入零基本空间矢量。该方法基于两电平拓扑结构，不能拓展至NPC三电平逆变器。

发明内容

本发明为了解决NPC三电平逆变器运行时，通过中点电流采样的方式进行重构相电流，SVPWM调制在扇区边界位置的非观测区域无法完成相电流重构的不足，提供一种算法容易实现、控制效果较好的相电流重构方法，并采用以下技术方案来实现：

一种基于NPC三电平SVPWM逆变器相电流重构方法，

NPC三电平逆变器运行时，在可观测区域，采用传统SVPWM方式进行调制；在扇区边界位置的非观测区域，将传统SVPWM基本空间矢量中的零或短矢量，分解为两个互补的矢量，并构建新的基本空间矢量，在新建的空间矢量作用过程中，采用中点电流采样方式重构相电流。

分解传统SVPWM基本空间矢量中的零或短矢量时，选取与调制矢量相近的矢量进行分解，以相邻的原基本空间矢量为参考量，分解为与参考量同向和反向的两个互补矢量，并以此作为新的基本空间矢量进行调制。

分解后两个互补矢量的作用时间是分解前的原基本空间矢量作用时间的一半，以互补矢量及原基本空间矢量为基础，构建新的基本空间矢量，同时调整重构后的基本空间矢量调制时序与作用时间。

本发明针对NPC三电平逆变器运行时，在扇区边界位置的非观测区域，将传统SVPWM基本空间矢量中的零或短矢量，分解为两个互补的矢量，并构建新的空间作用矢量，对相电流进行重构；在可观测区域，采用传统SVPWM方式进行调制，以保证在全周期内相电流的有效检测。

附图说明

图1为NPC三电平逆变器中点电流采样结构图；

图2为空间矢量调制示意图；

图3为第一扇区区域划分示意图；

图4为划分后的小区域矢量调制时序图；

图5为空间矢量调制时的非观测区域示意图；

图6为第一扇区的非观测区域划分及空间矢量分解方式示意图；

图7为与非观测区域Z₁对应的分解重构后的空间矢量调制时序与作用时间示意图；

图8为与非观测区域Z₂对应的分解重构后的空间矢量调制时序与作用时间示意图；

图9为与非观测区域Z₃对应的分解重构后的空间矢量调制时序与作用时间示意图。

具体实施方式