[发明专利]一种三电平变流器的直接转矩控制方法与装置

说明书

本发明公开了一种三电平变流器的直接转矩控制方法与装置包括：使用PI转矩控制器与目标电压矢量计算单元确定输出的两相目标电压矢量；将两相目标电压矢量转化为三相参考电压矢量；确定三相参考电压矢量所在的扇区；在三相参考电压矢量所在的扇区内选择有利于中点电位平衡的小矢量参与合成目标参考电压矢量。本发明能够精确计算矢量时间、快速动态响应、减少开关损耗与转矩波动。

技术领域

本发明涉及机电技术领域，特别地，涉及一种三电平变流器的直接转矩控制方法与装置。

背景技术

三电平NPC(three-level neutral point clamped)拓扑自提出以来，就在中高压交流传动、柔性输电、电网无功补偿和吸收等多个领域得到了广泛的应用。中点电位不平衡是二极管箝位型三电平逆变器的固有问题，中点电位的不平衡会大幅增加输出电压和电流谐波，导致开关管承受应力变大，甚至造成负载电机转矩大幅震荡。特别在电机控制领域，基于三电平变流器的直接转矩控制一直以来是研究的热点问题。

传统的中点电位平衡方法根据中点电压偏移和负载电流的方向来分配小矢量和中矢量的作用时间来平衡中点电位。根据中点电位偏移方向，调整成对小矢量的作用时间，增加有利于中点电位平衡的小矢量作用时间，减少不利于中点电位平衡的小矢量作用时间，平衡中点电位的偏移。但这类方法没有考虑到中点电位偏移时成对小矢量幅值不相等，对矢量时间的计算不精确。且由于使用成对两个小矢量，会使得动态响应较慢，开关损耗大。

传统的三电平直接转矩控制是通过转矩和磁链滞环来选择最合适的电压矢量，容易导致转矩波动，也导致在固定的采样周期内，开关频率不恒定，无法充分利用功率器件的容量，产生不同阶次的谐波。同时由于满足转矩和磁链的电压矢量，可能会使三电平变流器中点电位偏移，导致转矩震荡。

针对现有技术中直接转矩控制方法对矢量时间的计算不精确、动态响应较慢、开关损耗大、转矩波动的问题，目前尚未有有效的解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种三电平变流器的直接转矩控制方法与装置，能够精确计算矢量时间、快速动态响应、减少开关损耗与转矩波动。

基于上述目的，本发明提供的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供了一种三电平变流器的直接转矩控制方法，包括：

使用PI转矩控制器与目标电压矢量计算单元确定输出的两相目标电压矢量；

将两相目标电压矢量转化为三相参考电压矢量；

确定三相参考电压矢量所在的扇区；

在三相参考电压矢量所在的扇区内选择有利于中点电位平衡的小矢量参与合成目标参考电压矢量。

在一些实施方式中，所述使用PI转矩控制器与目标电压矢量计算单元确定输出的两相目标电压矢量包括：

观测磁链，获得估算定子磁链矢量；

根据磁链与PI转矩控制器获得参考定子磁链矢量；

根据参考定子磁链矢量与估算定子磁链矢量获得定子磁链偏差；

根据定子磁链转矩角确定电磁转矩；

根据定子磁链偏差与电磁转矩确定两相目标电压矢量。

在一些实施方式中，所述将两相目标电压矢量转化为三相参考电压矢量为根据以下对应关系进行转化：

其中，所述两相目标电压矢量分别为U_α、U_β，所述三相参考电压矢量分别为U_a、U_b、U_c。