[发明专利]一种适用于三相四线制三电平变流器的优化调制方法

权利要求书

1.一种适用于三相四线制三电平变流器的优化调制方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1、根据3D-SVPWM方法，将参考电压U_ref在a-b-c坐标轴上的投影u_aref、u_bref和u_cref由式(1)进行归一化，并由式(2)计算获得j值：

j＝int(u_j) (2),

其中j＝a,b,c，u_j为归一化的三相电压，U_dc为直流侧电压的一半；

步骤2、按如下方式对3D-SVPWM方法进行简化

根据j值确定参考电压U_ref所处的小四面体，并确定合成参考电压所需要的4个基本空间矢量；根据伏秒平衡定律，在子立方体空间进行矢量合成得到式(3)：

式(3)中，(s_a¹,s_b¹,s_c¹),(s_a²,s_b²,s_c²),(s_a³,s_b³,s_c³),(s_a⁴,s_b⁴,s_c⁴)为4个基本矢量，d₁,d₂,d₃,d₄一一对应为各基本矢量作用的占空比；

在状态a＝0、b＝0、c＝0下，参考电压U_ref落在小四面体I中，确定合成参考电压U_ref所需要的基本矢量为(0,0,0)、(0,1,0)、(0,1,1)、(1,1,1)，根据式(3)获得式(4)所示的矩阵形式：

对式(4)进行变换获得式(5)：

为了减小开关损耗，按照开关切换一次只变换一个开关状态的原则构建空间矢量切换顺序依次为：(0,0,0)、(0,1,0)、(0,1,1)、(1,1,1)、(0,1,1)、(0,1,0)到(0,0,0)；从而得到当参考电压U_ref在小四面体I中时，系统三相输出占空比D_a、D_b、D_c为：

根据式(5)和式(6)得到式(7)：

对于参考电压U_ref指向的除小四面体I之外的其它小四面体，尽管空间矢量参数不同，利用式(3)到式(7)的三相占空比与参考电压的相应矩阵变换和推导，获得其它47种状态下的三相输出占空比如式(8)：

利用式(9)计算获得三相输出占空比所对应的时间量T_a、T_b、T_c：

式(9)中，T_s为一个PWM周期；

当由式(2)计算获得的j值为0时，对应的相输出为-U_dc或为0，由式(8)给出的对应相占空比为状态O的占空比D_oj，由式(9)给出的对应相时间量为状态O的持续时间T_oj；

当j值为1时，对应的相输出为0或为+U_dc，由式(8)给出的对应相占空比为状态P的占空比，实现对3D-SVPWM方法的简化；

步骤3、按如下方式计算直流侧中点电位平衡因子并确定具有中点电位平衡能力的相：

定义由式(10)所示的中点电位补偿因子NPCF_j：

式(10)中，u_dcu0是在本周期开始时的直流侧上侧电容电压，u_dcd0是在本周期开始时的直流侧下侧电容电压，i_sj为流向变流器的相电流；

若中点电位补偿因子NPCF_j＞0，判断为相应的相具有平衡中点电位的能力，且NPCF_j值越大，平衡能力越强；

计算三相中点电位补偿因子NPCF_j，按照如下规则确定具有中点电位平衡能力的相：

(1)若NPCF_a≤0、NPCF_b≤0、且NPCF_c≤0，判断为A，B和C三相都不具有中点电位平衡能力；

(2)若NPCF_a＞0、NPCF_b≤0、且NPCF_c≤0，判断为仅有A相具有中点电位平衡能力；

(3)若NPCF_a≤0、NPCF_b＞0、且NPCF_c≤0，判断为仅有B相具有中点电位平衡能力；

(4)若NPCF_a≤0、NPCF_b≤0、且NPCF_c＞0，判断为仅有C相具有中点电位平衡能力；

(5)若NPCF_a＞0、NPCF_b＞0、且NPCF_c≤0，判断为A相和B相具有中点电位平衡能力；

(6)若NPCF_a＞0、NPCF_b≤0、且NPCF_c＞0，判断为A相和C相具有中点电位平衡能力；

(7)若NPCF_a≤0、NPCF_b＞0、且NPCF_c＞0，判断为B相和C相具有中点电位平衡能力；

(8)若NPCF_a＞0、NPCF_b＞0、且NPCF_c＞0，判断为A相、B相和C相都具有中点电位平衡能力；

步骤4、按如下方式实现直流侧中点电位平衡：

将一个PWM开关周期开始时直流侧上下电容电压之差作为本周期内需要补偿的电压偏移量，将所述电压偏移量按如下方式根据平衡能力分配给具有中点电位平衡能力的相：

一个周期内需要补偿的总的电压偏移量U_{dc_com}由式(11)所表征：

U_{dc_com}＝-(u_dcu0-u_dcd0) (11)，

在确定具有中点电位能力的相之后，按如下规则将中点电位偏移量按比例分配给各相：

(1)当NPCF_a≤0、NPCF_b≤0、且NPCF_c≤0时，各相不具有平衡能力，不进行偏移量的分配；

(2)当NPCF_a＞0、NPCF_b≤0、且NPCF_c≤0时，电压偏移量U_{dc_com}全部分配给A相；

(3)当NPCF_a≤0、NPCF_b＞0、且NPCF_c≤0时，电压偏移量U_{dc_com}全部分配给B相；

(4)当NPCF_a≤0、NPCF_b≤0、且NPCF_c＞0时，电压偏移量U_{dc_com}全部分配给C相；

(5)当NPCF_a＞0、NPCF_b＞0、且NPCF_c≤0时，将电压偏移量U_{dc_com}按如下方式分配：

(6)当NPCF_a＞0、NPCF_b≤0、且NPCF_c＞0时，将电压偏移量U_{dc_com}按如下方式分配：

(7)当NPCF_a≤0、NPCF_b＞0、且NPCF_c＞0时，将电压偏移量U_{dc_com}按如下方式分配：

(8)当NPCF_a＞0、NPCF_b＞0、且NPCF_c＞0时，将电压偏移量U_{dc_com}按如下方式分配：

U_{dc_com_a}、U_{dc_com_b}和U_{dc_com_c}一一对应为分配给A相、B相和C相的电压偏移量；

由式(12)计算获得各相补偿中点电位不平衡所需要的时间T_{com_j}：

C为直流侧电容值；

将由式(12)计算获得的时间T_{com_j}从步骤2计算获得的具有中点电位平衡能力的相中的O状态持续时间T_oj平均分配给P和N状态，实现中点电位平衡控制；

所述P状态、O状态和N状态为三电平变流器的三种输出状态，代表三种电压，分别是：+U_dc，0和-U_dc，其中，+U_dc为直流侧母线电压的一半。

2.根据权利要求1的所述的适用于三相四线制三电平变流器的优化调制方法，其特征是：

当中点电位补偿因子NPCF_a＞0，NPCF_b＞0，NPCF_c≤0时，中点电位偏移量按如下方式分配给A相和B相：

将按步骤2计算获得的A相和B相的O状态占空比分别记为D_oa和D_ob，由式(13)和式(14)分别计算获得a相中点电位补偿因子NPCF_a和b相中点电位补偿因子NPCF_b：

补偿因子确定了a相和b相的补偿能力强弱，将需要补偿的总的电压偏移量根据补偿能力按式(15)和式(16)分配给a相和b相进行补偿：

为了完全补偿不平衡，分别按式(17)和式(18)确定分配给a相的补偿时间T_{com_a}和分配给b相的补偿时间T_{com_b}：

将T_{com_a}和T_{com_b}从O状态的持续时间中平均分配给P和N状态；

若A相参考电压u_aref＞0，根据简化3D-SVPWM算法得到O状态分配后各状态的持续时间为如式(19)所示：

式中T_a0、T_a1和T_a2一一对应为分配后a相N、O和P状态持续的时间；

当A相参考电压u_aref＜0时，根据简化3D-SVPWM算法得到O状态分配后各状态的持续时间为如式(20)所示：

为支撑O状态全部分配后的开关管的N、P状态的过渡，定义过渡时间kT_s，k为过渡时间因数，依据所述过渡时间kT_s按如下方式对式(19)和(20)进行修正：

将未分配O状态时的持续时间记为：T_{o_origin_j}；

当T_{o_origin_j}－T_{com_j}≥kT_s时，不需要进行修正；

当T_{o_origin_j}－T_{com_j}＜kT_s时，将式(19)修正为式(21)，将式(20)修正为式(22)：

T_{a0_new}、T_{a1_new}和T_{a2_new}一一对应为T_a0、T_a1和T_a2的修正值。