[发明专利]中点电位不平衡下的NPC逆变器改进虚拟矢量调制方法

说明书

一种中点电位不平衡下的NPC逆变器改进虚拟矢量调制方法：通过27个空间矢量构建若干等效虚拟矢量，再根据虚拟空间矢量构成中点钳位型三电平逆变器的新型虚拟空间图，然后根据中点钳位型三电平逆变器的新型虚拟空间图中各扇区与参考电压矢量V_ref的位置关系获取开关输出序列，最后根据开关状态输出序列有效控制中点钳位型三电平逆变器上各相中开关的开关状态，在中点电位不平衡下情况下，够在全范围内消除三电平逆变器中点电位低频波动，保证三电平逆变器直流侧的稳定性，提高逆变器输出性能，有效治理中点电位偏移，实现对中点电位的精确控制。

技术领域

本发明涉及一种NPC逆变器调制方法。特别是涉及一种中点电位不平衡下的NPC逆变器改进虚拟矢量调制方法。

背景技术

近年来，多电平逆变器凭借其具有较高的耐压水平、承受较高的开关频率、输出电压谐波较好等优点广泛应用于中高压大功率场合。其中三电平逆变器由于其拓扑结构发展成熟，成为应用最广泛的一种。三电平逆变器技术的研究深入到高压交流电动机的变频调速、电力系统的发展和节能环保等领域，对其发展产生深远的意义。

然而由于中点钳位型三电平逆变器拓扑结构的特殊性(图1所示)及调制策略，导致三电平逆变器存在直流侧电容中点电位不平衡的问题。这一问题会导致输出的电流失真，效率降低，严重时候会减少直流电容寿命，甚至会因直流侧正负母线电容电压不平衡而导致功率器件的损坏，破坏系统的正常运行。为了避免中点电位不平衡一般采用硬件方法和调制方法，其中硬件方法有：1)在直流侧独立使用2个直流电源，单独供电；2)通过额外的转换器向中点注入或提取电流；3)通过前端电路控制中点电位平衡，但这些方法会增加系统的成本和控制的复杂性。调制方法方面，一些研究通过合理分配冗余小矢量的作用时间，在一定程度上平衡中点电位，但在全调制度和全功率因数情况下，仍无法平衡中点电位；因此有学者提出了虚拟空间调制策略，能够较好的实现全范围内的中点电位波动，没有考虑直流侧电容电压偏移时，对基本矢量的幅值和位置的影响，进而无法处理算法误差累积效应造成的中点电位的偏移。因此，研究一种高效的三电平逆变器中点电位平衡调制策略具有非常重要的现实意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种中点电位不平衡下的NPC逆变器改进虚拟矢量调制方法，能够在全范围内消除三电平逆变器中点电位低频波动，保证三电平逆变器直流侧的稳定性，提高逆变器输出性能，有效治理中点电位偏移，实现对中点电位的精确控制。

本发明所采用的技术方案是：一种中点电位不平衡下的NPC逆变器改进虚拟矢量调制方法，包括如下步骤：

1)通过载波脉宽调制方法得到中点钳位型三电平逆变器的三相调制波；

2)由三相调制波合成参考电压V_ref；

3)根据中点电位不平衡因子δ构建中点钳位型三电平逆变器的空间矢量，得到27个空间矢量，所得到的27个空间矢量中的小矢量和中矢量中含有中点电位不平衡因子δ；

4)根据步骤3)得到的27个空间矢量，构建六个虚拟小矢量、六个虚拟中矢量、六个虚拟大矢量以及一个虚拟零矢量，再根据所构建的十九个虚拟矢量构成中点钳位型三电平逆变器的新型虚拟空间矢量图，所述的新型虚拟空间矢量图包括六个扇区，每个扇区由五个三角形组成，每个三角形由三个不同的虚拟矢量构成，每个虚拟矢量由两个或者三个空间矢量合成；

5)建立g-h坐标系，将步骤2)得到的参考电压V_ref分解在g-h坐标系上，并进行标幺变换，得到表示参考电压V_ref在g轴、h轴电压分量的标幺值V^*_g、V^*_h，并使标幺值V^*_g、V^*_h落在新型虚拟空间矢量图区域内；