[发明专利]一种适用于单相级联变换器的多维均压空间矢量调制方法

说明书

一种适用于单相级联变换器的多维均压空间矢量调制方法，属于电力电子技术领域。本发明提出的多维均压空间矢量调制方法适用于AC‑DC整流器包括n个级联的子模块的单相级联变换器，将n个子模块的端口电压对应的标幺化值组成模块间矢量，利用两个相邻矢量合成参考矢量分别作用在模块间矢量上，在进行模块间均压时，按照子模块的端口电压与平均电压的误差绝对值排序进行均压，在模块间均压完成后还可以进一步进行模块内的均压。本发明保留了所有冗余矢量，不会影响均压效果且端口电平无越级跳变，具有较好的均压能力和均压效果，降低了开关频率，减少了开关损耗，具有较好的稳定性和可靠性，能够适用于多子模块的变换器。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，涉及一种适用于单相级联变换器的多维均压空间矢量调制方法，具体涉及一种单相三电平H桥多子模块级联变换器的调制方法，尤其是在以FPGA、DSP等数字芯片为控制芯片的调制方法的应用中。

背景技术

基于单相三电平H桥多子模块级联多电平的电力电子牵引变压器(PETT)能够实现牵引变压器的小型、轻量化且动静态性能优异，是新一代车载电力牵引系统的发展方向。PETT的拓扑结构如图1所示，主要包含网侧单相AC-DC整流器、中频DC-DC变换器、机侧三相DC-AC变换器。由于AC-DC整流器直接接入单相高压牵引网中，其拓扑结构采用耐压高的三电平H桥结构以减少级联子模块以及中频变压器的个数，降低PETT系统的体积重量。

子模块内和子模块间的电压均衡是该变换器正常工作的前提。传统的辅助电路均压方式成本高、损耗大，因此通过控制和调制方式实现均压是一种较好的选择。基于PI控制器的均压策略实现了多个子模块直流侧的均压且扩展简单，但在调制度高时均压能力有限、子模块带重载时容易饱和，严重限制了其应用范围。调制均压的策略是在空间矢量调制中通过选择不同冗余矢量来改变直流侧电容充放电的方向以达到直流侧电压均衡的效果。由于其具有电压利用率高、数字化实现容易、输出波形质量好、均压能力强等优点，成为现在的研究热点。

目前，子模块内均压算法能够利用冗余开关状态很好地解决。而对于子模块间均压算法，基于整体能量分配的方法虽具有较强的均压效果，但会导致开关动作时子模块端口电平越级跳变，从而导致桥臂开关管冲击大，容易引起调制失调、增加系统开关频率和开关损耗。为避免这一问题需要舍去较多的冗余状态，但是这样会影响均压的效果。

同时，随着子模块数的增加，矢量数目急剧增加，算法实现的复杂度也急剧增加，因此近年来对单相三电平H桥多子模块级联变换器的研究多数局限在两子模块。

发明内容

针对上述传统的子模块内和子模块间的均压方式在均压能力、均压效果等方面的问题，本发明提出了一种适用于单相级联变换器的多维均压空间矢量调制方法，保留了所有冗余矢量，不会影响均压效果且端口电平无越级跳变，具有较好的均压能力和均压效果，降低了开关频率，减少了开关损耗，具有较好的稳定性和可靠性，能够适用于多子模块的变换器。

本发明的技术方案为：

一种适用于单相级联变换器的多维均压空间矢量调制方法，所述单相级联变换器中的AC-DC整流器包括n个级联的子模块，其中n为正整数；所述多维均压空间矢量调制方法包括如下步骤：

步骤一、将所述n个子模块的端口电压对应的标幺化值组成矢量，初始时刻将所述n个子模块的端口电压对应的标幺化值全设为0；

步骤二、将所述单相级联变换器的交流侧输出调制波作为参考矢量V_ref，利用两个相邻矢量合成所述参考矢量V_ref；将所述两个相邻矢量中电平值较大的一个定义为大矢量V_max，将所述两个相邻矢量中电平值较小的一个定义为小矢量V_min，所述大矢量V_max的电平值k_max和小矢量V_min的电平值k_min的计算方法如式(1)：