[发明专利]一种低调制度下降低开关频率的改进虚拟空间矢量法

说明书

本发明公开了一种低调制度下降低开关频率的改进虚拟空间矢量法，属于电力电子变换器控制领域，适用于NPC三电平逆变器的控制，该方法将空间矢量区域分为六个扇区，每个扇区包括一个零矢量；两个小矢量、一个虚拟中矢量和两个大矢量；每个小矢量均包括正小矢量和负小矢量；零矢量和当前扇区的两个小矢量构成第一小区；当参考电压矢量位于第一小区时，通过一个小矢量只使用正小矢量而另外一个小矢量只使用负小矢量的方式得到两种对中点电位总作用量幅值相等、符号相反的小矢量组合，当中点电位偏移量大于零时可以选取对中点电位作用量小于零的小矢量组合，相反同理。该方法既能够保证中点电位平衡，也能快速控制中点电位偏移，同时降低了开关频率。

技术领域

本发明涉及电力电子变换器控制领域，尤其涉及一种低调制度下降低开关频率的改进虚拟空间矢量法。

背景技术

中性点箝位型(Neutral Point Clamped—NPC)三电平逆变器是由Nabae等人于1981年提出，相较于传统两电平逆变器，NPC三电平逆变器具有非常多的优势，在中高压交流传动、柔性输配电、光伏发电并网等领域具有非常好的应用前景。但NPC三电平逆变器中分压电容的中点电位不平衡是NPC一直以来研究的热点问题；中点电位的不平衡会造成输出电压畸变、开关管上的电压过高等诸多问题，因此必须采取措施保证NPC三电平逆变器的中点电位平衡。中点电位不平衡根本原因为有电流流进或流出分压电容中点引起NPC三电平逆变器对两个电容C₁和C₂的充放电不均，从而导致中点电位不平衡。

采用空间矢量法时共有19种矢量，其中有1个零矢量、6个小矢量、6个中矢量和6个大矢量，其中每个小矢量分别对应两个不同的开关状态组合，定义为正小矢量和负小矢量，它们对应流出中点电流幅值相同，符号相反，引起中点电位不平衡但是可控；而中矢量无冗余开关状态，引起中点电位不平衡而且不可控；零矢量和大矢量不引起中点电位不平衡。中点电位不平衡量ΔU公式如下：

ΔU＝∫i_npdt                          (1)

其中，i_np为流出中点电流。

虚拟空间矢量法(VSVPWM)根据虚拟矢量合成的原理，利用不产生中点电位偏移的虚拟中矢量代替中矢量，在一个采样周期内使流入流出中点电流之和为零，从而从根本上消除了中矢量引起的中点电位低频波动，但传统VSVPWM的缺点是不能主动控制已经存在的中点电位偏移，并且开关频率较高。

针对传统VSVPWM不能主动控制中点电位偏移的问题，可以通过引入正负小矢量的占空比系数的方式，重新构建虚拟小矢量，利用正负小矢量对中点电位作用效果相反的原理，对中点电位进行主动控制，并针对矢量对应中点电流进行检测，判断当前采样周期内对中点电位作用能力强的小矢量，进行最优控制。这种方法能够在全电压范围内以及任意的功率因数下实现中点电位平衡，并且当存在中点电位偏移时能够进行快速、主动控制，消除中点电位偏移。但仍然没有解决开关频率高的问题。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种低调制度下降低开关频率的改进虚拟空间矢量法，包括：将空间矢量区域逆时针均分为六个扇区，包括第一扇区、第二扇区、第三扇区、第四扇区、第五扇区和第六扇区；

每个扇区分为五个小区，每个扇区包括一个零矢量；两个小矢量、一个虚拟合成中矢量和两个大矢量；

每个小矢量均包括一个正小矢量和一个负小矢量；

以第一扇区为例，所述第一扇区包括小矢量V_S1和小矢量V_S2；分别定义开关状态ONN、POO为小矢量V_S1的正小矢量V_S1P和负小矢量V_S1N，分别定义开关状态PPO和OON为小矢量V_S2的正小矢量V_S2P和负小矢量V_S2N；