[发明专利]一种基于S-K及SVPWM的级联多电平变换器

权利要求书

1.一种基于S-K及SVPWM的级联多电平变换器，其特征在于，所述级联多电平变换器的主电路是三相n级多电平变换器拓扑结构，每一相由n个电压型单相全桥逆变子模块串联组成，单相全桥逆变子模块即H桥，每一个H桥由四个IGBT及反并联二极管组成；

所述级联多电平变换器包括基于S-K及SVPWM方法的控制模块，基于S-K及SVPWM方法的控制模块基于S-K及SVPWM方法产生12*n路PWM信号实现对级联多电平变换器主电路的调制；所述基于S-K及SVPWM方法的控制模块包括参考矢量V_r的坐标分量获取模块、参考矢量V_r的旋转变换模块、矢量V_r'定位模块，合成参考矢量V_r的基本矢量确定模块、基本矢量对应零序电压绝对值最小的开关状态计算模块；合成参考矢量V_r的基本矢量作用时间计算模块和开关状态切换路径确定模块；

基于S-K及SVPWM方法的控制模块用于跟踪相电压参考信号的采样，完成多电平空间矢量调制；

所述参考矢量V_r的旋转变换模块用于判断参考矢量V_r所在扇区编号及进行旋转变换，具体包括如下步骤：

①对相电压参考信号u_ra、u_rb、u_rc进行采样，并根据公式(1)计算参考矢量V_r的坐标分量v_rα和v_rβ；

②计算参考矢量V_r的相位角θ：

θ＝ωt (5)

③计算参考矢量V_r所在扇区的编号N：

式中：N表示大扇区的编号，N取值为1、2、3、4、5、6，分别对应第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅵ、Ⅴ、Ⅵ扇区；floor()表示向下取整函数；

④如果参考矢量V_r所在扇区编号N≥2，将参考矢量V_r顺时针旋转(N-1)π/3角度至第Ⅰ扇区，得矢量V_r'，计算矢量V_r'的相位角θ₁，如果参考矢量V_r所在扇区编号N＝1，V_r'与V_r为同一个矢量；

所述矢量V_r'定位模块用于定位矢量V_r'并确定V_r'所在小三角形的编号，具体步骤三包括如下步骤：过坐标原点分别作第Ⅰ大扇区三角形三条边的垂线OP、OQ、OL，O表示αβ坐标系的原点；计算矢量V_r'在OP、OQ、OL上的投影并取整得：

l＝floor(2mnsinθ₁)+1 (10)

S＝-p+q²-q+l+1 (11)

式中：p、q、l分别为矢量V_r'在垂线OP、OQ、OL上的投影并取整所得结果；S为矢量V_r'所在小三角形的编号；n级多电平变换器，m表示调制系数，其第Ⅰ大扇区三角形包含4n²个小三角形，小三角形的编号规则为：以原点为顶点，正对原点的边将4n²个小三角形分为2n层，第一层有1个小三角形，第二层有3个小三角形，第三层有5个小三角形，第j层有2j-1(1≤j≤2n)个小三角形，最后一层有4n-1个小三角形，依次从第一层到第2n层、同一层按从下向上的方向进行编号；

所述合成参考矢量V_r的基本矢量确定模块用于通过S-K算法确定合成参考矢量V_r最近的三个基本矢量V₁、V₂、V₃对应的开关状态U₁(a₁,b₁,c₁)、U₂(a₂,b₂,c₂)、U₃(a₃,b₃,c₃)，具体包括如下步骤：

①如果令否则，令int()表示取整数；

②确定包含参考矢量V_r的小三角形的一个顶点对应的基本矢量V₁，基本矢量V₁对应的开关状态为U₁(a₁,b₁,c₁)：a₁、b₁、c₁分别表示A、B、C三相的输出电平数；

当参考矢量V_r位于第Ⅰ扇区时，即N＝1，V₁对应的开关状态U₁(a₁,b₁,c₁)为：

式中ceil()表示向上取整函数；n表示级联单元数；

当参考矢量V_r位于第Ⅱ扇区时，即N＝2，V₁对应的开关状态U₁(a₁,b₁,c₁)为：

式中floor()表示向下取整函数；

当参考矢量V_r位于第Ⅲ扇区时，即N＝3，V₁对应的开关状态U₁(a₁,b₁,c₁)为：

当参考矢量V_r位于第Ⅳ扇区时，即N＝4，V₁对应的开关状态U₁(a₁,b₁,c₁)为：

当参考矢量V_r位于第Ⅴ扇区时，即N＝5时，V₁对应的开关状态U₁(a₁,b₁,c₁)为：

当参考矢量V_r位于第Ⅵ扇区时，即N＝6时，V₁对应的开关状态U₁(a₁,b₁,c₁)为：

③根据参考矢量V_r所在小三角形三个顶点所对应的基本矢量之间的关系，判断矢量V_r'所在小三角形的编号S和K+1的奇偶性是否相同，确定基本矢量V₂对应的开关状态U₂(a₂,b₂,c₂)：a₂、b₂、c₂分别表示A、B、C三相的输出电平数；

N＝1时，S和K+1的奇偶性相同，则：

S和K+1的奇偶性不相同，则：

N＝2时，S和K+1的奇偶性相同：

S和K+1的奇偶性不相同：

N＝3时，S和K+1的奇偶性相同：

S和K+1的奇偶性不相同：

N＝4时，S和K+1的奇偶性相同：

S和K+1的奇偶性不相同：

N＝5时，S和K+1的奇偶性相同：

S和K+1的奇偶性不相同：

N＝6时，S和K+1的奇偶性相同：

S和K+1的奇偶性不相同：

④计算基本矢量V₃对应的开关状态U₃(a₃,b₃,c₃)，a₃、b₃、c₃分别表示A、B、C三相的输出电平数；

当N＝1或N＝2时，V₃对应的开关状态U₃(a₃,b₃,c₃)：

当N＝3或N＝4时，V₃对应的开关状态U₃(a₃,b₃,c₃)：

当N＝5或N＝6时，V₃对应的开关状态U₃(a₃,b₃,c₃)：