[发明专利]二极管钳位型三电平逆变器中点电位平衡控制方法

摘要

一种二极管钳位型三电平逆变器中点电位平衡控制方法，属于逆变器直流侧中点电位平衡控制方法。这种控制方法无需增加反馈控制环节，即无需通过传感器检测逆变器直流侧上下电容电压以及中点电流的变化情况来控制中点电位的平衡，直接利用三电平的统一快速算法和随机函数通过调节偏移时间Toffset使其在不同开关周期内对不同小矢量设置不同的时间分配，来增加相应的正负小矢量对三电平逆变器直流侧中点电流的控制能力，实现对二极管钳位型三电平逆变器直流侧上下电容电压的平衡控制。本发明所述方法原理简单，结构清晰，只需利用统一快速算法和随机函数的特性调整偏移时间参数Toffset的值便可使逆变器直流侧上下电容电压得到有效的平衡控制。

主权项

一种二极管钳位型三电平逆变器中点电位平衡控制方法，其特征在于，方法的具体步骤为：步骤一：将三电平空间矢量图分为六个扇区，以相邻两个中矢量之间所夹的区域为一个扇区S，并分别编号为1～6；步骤二：将参考电压矢量Uref的α轴分量Urefα和β轴分量Urefβ利用下式的矩阵变换得到三相静止坐标系abc中的三相分量Urefa、Urefb、Urefc：UrefaUrefbUrefc=10-123212-32UrefαUrefβ]]>步骤三：根据下表判断参考电压矢量Uref所在的扇区：扇区S判别条件1Urefa>0&Urefb<0&Urefc<02Urefa>0&Urefb>0&Urefc<03Urefa<0&Urefb>0&Urefc<04Urefa<0&Urefb>0&Urefc>05Urefa<0&Urefb<0&Urefc>06Urefa>0&Urefb<0&Urefc>0步骤四：根据参考电压矢量Uref所在扇区的中心矢量Ubase，将参考电压矢量Uref进行修正分解为中心矢量Ubase和两电平分矢量U＇ref，并且不同扇区对应的中心矢量的三相分量是不同的，具体如下表所示：扇区SUbaseaUbasebUbasec1Udc/3﹣Udc/6﹣Udc/62Udc/6Udc/6﹣Udc/33﹣Udc/6Udc/3﹣Udc/64﹣Udc/3Udc/6Udc/65﹣Udc/6Udc/3﹣Udc/66Udc/6﹣Udc/3Udc/6步骤五：利用下式可得到两电平分矢量U＇ref的三相的值U＇refa、U＇refb、U＇refc：U＇ref＝Uref‑UbaseUref＝[Urefa Urefb Urefc]TU＇ref＝[U＇refa U＇refb U＇refc]TUbase＝[Ubasea Ubaseb Ubasec]TU＇refa＝Urefa‑UbaseaU＇refb＝Urefb‑UbasebU＇refc＝Urefc‑Ubasec步骤六：利用统一快速算法，将两电平分矢量U＇ref的三相的值经过下式处理后可得到对应的两电平分矢量的三相桥臂的假想开关时刻Tas、Tbs、Tcs：Txs=Urefx′Udc·Ts]]>Tmax＝max(Tas,Tbs,Tcs)Tmin＝min(Tas,Tbs,Tcs)Teff＝Tmax‑Tmin其中，Udc表示三电平逆变器直流侧电压，x∈(a，b，c)，Tmax和Tmin分别表示三相桥臂的假想开关时刻中的最大值和最小值，Teff为有效时间，所谓的有效时间，指的是逆变器在一个开关周期Ts内三相桥臂的输出电平数不同时的时间段；步骤七：利用下式可得到有效时间Teff的最大偏移时间Toffsetmax和最小偏移时间Toffsetmin，并定义某函数f(t)，利用此函数的特性来求得有效时间Teff在最大偏移时间Toffsetmax和最小偏移时间Toffsetmin之间的某一个随机的偏移时间Toffset：Toffsetmin＝‑TminToffsetmax=Ts2-Tmax]]>f(t)＝rand(1)Toffset＝Toffsetmin+(Toffsetmax‑Toffsetmin)·f(t)其中，f(t)表示从0到1之间的随机数；步骤八：由于利用统一快速算法得到的逆变器三相桥臂的假想开关时刻Tas、Tbs、Tcs有正有负，而实际的逆变器三相桥臂的实际开关时刻必须是大于0的，所以需要利用下式将三相桥臂的假想开关时刻Tas、Tbs、Tcs加上随机的偏移时间Toffset来得到对应的两电平分矢量的三相桥臂的实际开关时刻：Tga＝Tas+ToffsetTgb＝Tbs+ToffsetTgc＝Tcs+Toffset其中，Tga、Tgb、Tgc分别表示两电平分矢量的三相桥臂的实际开关时刻；步骤九：由步骤八得到的三相桥臂的实际开关时刻去驱动二极管钳位型三电平逆变器时只能产生0、1两种开关状态，如果要驱动二极管钳位型三电平逆变器输出三种开关状态0、1、2，那么就需要对修正后的两电平分矢量U＇ref所在扇区所产生的开关状态进行反修正，即加上所在扇区区域中心矢量的一组开关状态；根据步骤一和步骤二的扇区划分方法，1～6扇区对应的中心矢量的开关状态如下表所示：扇区S中心矢量开关状态110021103010401150016101其中，0、1、2分别表示三电平逆变器每相输出电平为‑Udc/2、0、Udc/2，利用上表列出的不同扇区对应的中心矢量的开关状态就可以对所有的两电平分矢量的开关状态完成反修正过程；步骤十：根据步骤九获得的开关状态，计算三电平逆变器中各路功率开关管的开关信号的占空比；步骤十一：配置数字信号处理器的定时器1，用于产生5kHz高频的三角载波信号；步骤十二：根据步骤十得到的三电平逆变器中各路功率开关管的开关信号占空比计算并更新数字信号处理器中比较寄存器的值，从而在数字信号处理器的事件管理器A中产生6路脉冲，再利用现场可编程门阵列对从数字信号处理器发出的6路脉冲进行取反，得到12路脉冲驱动二极管钳位型三电平逆变器工作，完成对三电平逆变器空间矢量调制和直流侧上下电容电压平衡控制的过程。