[发明专利]任意多电平的级联H桥逆变器空间矢量脉宽调制方法

说明书

本发明公开了一种任意多电平的级联H桥逆变器空间矢量脉宽调制方法。将多电平空间矢量图进行重新划分，并通过判断参考矢量所处位置直接得到最近三矢量的坐标，将参考矢量等效为附加矢量计算得到最近三矢量的占空比；并且通过零序分量和坐标变换得到开关状态，合成所期望的参考矢量，进行SVPWM调制。本发明实现了在直角坐标系下的任意多电平调制，不需任何迭代计算，且计算量与电平数无关；简化了参考矢量定位以及占空比的计算过程，降低了计算复杂度。

技术领域

本发明涉及属于电力电子电路控制领域的一种级联H桥逆变器的调制方法，尤其是一种任意多电平的级联H桥逆变器空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法，适用于级联H桥逆变器在电机调速、可再生能源发电等领域。

背景技术

随着电力电子技术在中高压、大功率场合的不断发展，传统两电平逆变器已难以适用。因此多电平逆变器在中、大功率电能变换领域得到了越来越广泛的关注与研究。其中，级联H桥逆变器具有模块化的特点，所需功率器件少，不存在直流侧电容均压的问题，而且非常易于电平数的扩展，这些优势使得该逆变器在工业场合广泛应用。针对逆变器的调制策略主要有载波调制(SPWM)，最近电平调制(NVL)，特定谐波消除调制(SHE)和空间矢量调制(SVPWM)。其中空间矢量调制具有更大的调制灵活性和自由度，且易于数字化实现，因而是一种理想的调制策略。但是，随着电平数的增加，空间矢量调制中对于参考矢量位置的判定会非常复杂，进而对确定最近三矢量坐标带来困难。此外，对最近三矢量的占空比计算也会愈发繁复。此时，传统两电平或三电平逆变器中的调制方法已无法使用。

现有多电平逆变器的调制方法根据坐标系的不同主要有三类。第一类基于abc坐标系，这类调制策略应用较少。第二类基于60度坐标系，此类方法通常需要额外的坐标转换。第三类则基于αβ坐标系，但现有方法的实现过程往往较为复杂。一些方法在判定参考矢量位置时依赖于电平数，需要进行迭代运算，当电平数增加时，计算量也会随之增加。另一些方法则需要扇区判断以及复杂的三角函数运算，从而增加了计算复杂度。

发明内容

为了解决背景技术中存在的技术问题，本发明提供了一种简单可行、普适性好的适用于任意电平数下级联H桥逆变器的SVPWM调制方法。本发明首先判定参考矢量所在位置，然后选择出距离它最近的三个电压矢量，即最近三矢量坐标，最后计算三个电压矢量作用时间的占空比，进而结合开关状态合成所期望的参考矢量，实现空间矢量脉宽调制(SVPWM)。

本发明所采用的技术方案是：

1)由级联H桥逆变器所生成的电压矢量绘制直角坐标系(αβ坐标系)下的多电平空间矢量图，其中相邻电压矢量之间相互连线构成了多个三角形，一个三角形的三个顶点上的电压矢量为最近三矢量(NTVs)，参考矢量处于多电平空间矢量图中；其特征在于，方法还包括如下步骤：

2)将直角坐标系(如图2的αβ坐标系)的多电平空间矢量图进行划分两类矩形，并判断参考矢量处于哪类矩形中：

沿竖直轴方向(β轴方向)等间隔添加4n+1条平行于水平轴方向的水平分割虚线，水平分割虚线平行于α轴方向，且中间的一条水平分割虚线与水平轴(α轴)重合，相邻水平分割虚线之间间距为个单位长度；沿水平轴方向(α轴方向)等间隔添加8n-1条平行于竖直轴方向的竖直分割虚线，竖直分割虚线平行于β轴方向，且中间的一条竖直分割虚线与竖直轴(β轴)重合，相邻竖直分割虚线之间间距为0.5个单位长度；其中，n为级联H桥逆变器每一相所级联的H桥单元的个数；单位长度是指直角坐标系中从原点到坐标(1,0)或坐标(0,1)之间的距离；