[发明专利]基于几何变换的中点箝位型三电平变换器的调制方法

权利要求书

1.基于几何变换的中点箝位型三电平变换器的调制方法，其特征在于，具体步骤如下：

S1，根据输入、输出电压的数学关系，基于几何变换得到直流侧与交流侧的调制矩阵，

包括过渡调制矩阵和偏置矩阵两部分；

S1中所述的调制矩阵包括过渡调制矩阵和偏置矩阵两部分，具体过程如下：

对输入输出电压，取开关状态平均后，有如下关系：

其中，u_ao,u_bo,u_co是以中性点电位为参考的交流侧相电压，u₁,u₂是直流侧两个分立电容的电压，d_ij(i＝a,b,c；j＝p,n)代表三相桥臂中上下开关的占空比；

根据输入端不能短路、输出端不能断路的要求及物理实现的限制，调制矩阵M需要满足以下约束条件：

将调制矩阵分解成过渡调制矩阵和偏置矩阵，具体过程如下：

将调制矩阵M_3×2表示为两部分，

M_3×2＝M′+M₀ (3)

其中过渡调制矩阵在稳态时有d_ip′+d_in′＝0，为一个偏置矩阵，改变期望的相电压，而不影响三相三线制系统中的交流侧电流和期望的线电压；

S1中所述的过渡调制矩阵需要借助两相静止坐标系下输入、输出电压的关系，借助几何变换进行求解，具体过程如下：

将输入、输出关系从三相坐标系转换到两相静止坐标系下：

其中为Clark变换矩阵，为了获得电容电压u₁和u₂的误差，利用基本变换矩阵e^Jθ将式(4)改写为：

其中u_dc＝u₁+u₂，θ是期望输出电压的角度值；

利用基本矩阵构造含有自由度的过渡调制矩阵M′，具体过程如下：

首先选择四个基本矩阵：

则描述为：

根据式(5)中的等式约束条件，有a₁+a₂＝1,a₃+a₄＝0，因此，又表示为

其中λ₁＝a₁-a₂,λ₂＝2a₃＝-2a₄，

进而，推导M_2×2为

结合上式，过渡调制矩阵的通用形式表示为

M′＝T_v^TM_2×2＝M_U+M_P+M_Q (10)

其中

其中，参数λ₁、λ₂为调制策略的两个自由度；

S2，通过选取过渡调制矩阵中的自由度以控制NPV平衡；

S2中所述的过渡调制矩阵中的自由变量用于控制中点电位NPV平衡，具体过程如下：

直流侧电容状态方程为：

其中i_L是负载电流，i_dc⁺是直流母线正向电流，i_dc^-是直流母线负向电流：

则两电容中间的中点电流平均模型为：

假设期望相电压和交流侧电流i_i为

其中，U_m和I_m分别是输入电压和输入电流的幅值，是输入阻抗角；

将占空比和输入电压、电流代入式(14)中：

通过调节自由度λ₁、λ₂控制NPV的动态平衡，为了平衡NPV，λ₁、λ₂构造为：

其中ε₁＞0,ε₂＞0，则中点电位的动态方程又描述为

其中由上式的结构得中性点电压差最后将收敛到零，NPV最终将处于平衡状态，而且ε₁、ε₂越大，NPV误差收敛得越快；

当电容值C₁不等于C₂时，中性点电流表示为：

其中

由前面的推导，公式(19)的左边部分为当输出电压位于稳定控制下时，有因此，中性点电流的表达式为；

S3，通过选取偏置矩阵保证调制矩阵各元素满足占空比的物理约束；

S3中所述的偏置矩阵中的变量选取保证调制矩阵各元素满足占空比的物理约束，具体如下：

根据占空比的非负性约束关系得到偏置量的取值范围，

选择不同的X和Y产生不同的调制效果，在电能质量和开关损耗方面呈现不同的性能。

2.根据权利要求1所述的基于几何变换的中点箝位型三电平变换器的调制方法，其特征在于：偏置量取值区域中的任意一点均作为偏置矩阵的解，选用以下两个方式之一；

方式一：直观地选择偏置量取值区域的几何中心G作为偏移信号，通过三个约束条件的边界得到G的取值选择；

采用这种方法，每相均工作在三电平模式，开关损耗大；

方式二：为了降低功率损耗，选择偏置量取值区域的边界，采用区域的边界时，偏置信号的一种选择为

在这种选择下，两相在任何时刻以两电平模式工作，一相以三电平模式工作。