[发明专利]一种适用于三相四线制三电平变流器的优化调制方法

摘要

本发明公开了一种适用于三相四线制三电平变流器的优化调制方法，基于a‑b‑c坐标系下的简化3D‑SVPWM方法给出多相控制的中点电位平衡算法，补偿能力因子反映每一相对中点电位偏移量的补偿能力，根据中点电位偏移情况将电位偏移量按补偿能力分配到具有中点电位平衡能力的相，使多相共同参与中点电位平衡控制，通过偏移量数学模型计算得到补偿该偏移量所需要的时间量，然后作用于三电平变流器的输出状态，从而达到平衡中点电位的目的。本发明是一种简化的，并能对直流侧电容电压进行精确控制的适用于三相四线制三电平变流器的优化调制方法。

主权项

1.一种适用于三相四线制三电平变流器的优化调制方法，其特征是按如下步骤进行：步骤1、根据3D‑SVPWM方法，将参考电压Uref在a‑b‑c坐标轴上的投影uaref、ubref和ucref由式(1)进行归一化，并由式(2)计算获得j值：j＝int(uj)    (2),其中j＝a,b,c，uj为归一化的三相电压，Udc为直流侧电压的一半；步骤2、按如下方式对3D‑SVPWM方法进行简化根据j值确定参考电压Uref所处的小四面体，并确定合成参考电压所需要的4个基本空间矢量；根据伏秒平衡定律，在子立方体空间进行矢量合成得到式(3)：式(3)中，(sa1,sb1,sc1),(sa2,sb2,sc2),(sa3,sb3,sc3),(sa4,sb4,sc4)为4个基本矢量，d1,d2,d3,d4一一对应为各基本矢量作用的占空比；在状态a＝0、b＝0、c＝0下，参考电压Uref落在小四面体I中，确定合成参考电压Uref所需要的基本矢量为(0,0,0)、(0,1,0)、(0,1,1)、(1,1,1)，根据式(3)获得式(4)所示的矩阵形式：对式(4)进行变换获得式(5)：为了减小开关损耗，按照开关切换一次只变换一个开关状态的原则构建空间矢量切换顺序依次为：(0,0,0)、(0,1,0)、(0,1,1)、(1,1,1)、(0,1,1)、(0,1,0)到(0,0,0)；从而得到当参考电压Uref在小四面体I中时，系统三相输出占空比Da、Db、Dc为：根据式(5)和式(6)得到式(7)：对于参考电压Uref指向的除I之外的其它小四面体，尽管空间矢量参数不同，利用式(3)到式(7)的三相占空比与参考电压的相应矩阵变换和推导，获得其它47种状态下的三相输出占空比如式(8)：利用式(9)计算获得三相输出占空比所对应的时间量Ta、Tb、Tc：式(9)中，Ts为一个PWM周期；当由式(2)计算获得的j值为0时，对应的相输出为‑Udc或为0，由式(8)给出的对应相占空比为状态O的占空比Doj，由式(9)给出的对应相时间量为状态O的持续时间Toj；当j值为1时，对应的相输出为0或为+Udc，由式(8)给出的对应相占空比为状态P的占空比，实现对3D‑SVPWM方法的简化；步骤3、按如下方式计算直流侧中点电位平衡因子并确定具有中点电位平衡能力的相：定义由式(10)所示的中点电位补偿因子NPCFj：式(10)中，udcu0是在本周期开始时的直流侧上侧电容电压，udcd0是在本周期开始时的直流侧下侧电容电压，isj为流向变流器的相电流；若中点电位补偿因子NPCFj＞0，判断为相应的相具有平衡中点电位的能力，且NPCFj值越大，平衡能力越强；计算三相中点电位补偿因子NPCFj，按照如下规则确定具有中点电位平衡能力的相：(1)若NPCFa≤0、NPCFb≤0、且NPCFc≤0，判断为A，B和C三相都不具有中点电位平衡能力；(2)若NPCFa＞0、NPCFb≤0、且NPCFc≤0，判断为仅有A相具有中点电位平衡能力；(3)若NPCFa≤0、NPCFb＞0、且NPCFc≤0，判断为仅有B相具有中点电位平衡能力；(4)若NPCFa≤0、NPCFb≤0、且NPCFc＞0，判断为仅有C相具有中点电位平衡能力；(5)若NPCFa＞0、NPCFb＞0、且NPCFc≤0，判断为A相和B相具有中点电位平衡能力；(6)若NPCFa＞0、NPCFb≤0、且NPCFc＞0，判断为A相和C相具有中点电位平衡能力；(7)若NPCFa≤0、NPCFb＞0、且NPCFc＞0，判断为B相和C相具有中点电位平衡能力；(8)若NPCFa＞0、NPCFb＞0、且NPCFc＞0，判断为A相、B相和C相都具有中点电位平衡能力；步骤4、按如下方式实现直流侧中点电位平衡：将一个PWM开关周期开始时直流侧上下电容电压之差作为本周期内需要补偿的电压偏移量，将所述电压偏移量按如下方式根据平衡能力分配给具有中点电位平衡能力的相：一个周期内需要补偿的总的电压偏移量Udc_com由式(11)所表征：Udc_com＝‑(udcu0‑udcd0)    (11)，在确定具有中点电位能力的相之后，按如下规则将中点电位偏移量按比例分配给各相：(1)当NPCFa≤0、NPCFb≤0、且NPCFc≤0时，各相不具有平衡能力，不进行偏移量的分配；(2)当NPCFa＞0、NPCFb≤0、且NPCFc≤0时，电压偏移量Udc_com全部分配给A相；(3)当NPCFa≤0、NPCFb＞0、且NPCFc≤0时，电压偏移量Udc_com全部分配给B相；(4)当NPCFa≤0、NPCFb≤0、且NPCFc＞0时，电压偏移量Udc_com全部分配给C相；(5)当NPCFa＞0、NPCFb＞0、且NPCFc＜0时，将电压偏移量Udc_com按如下方式分配：(6)当NPCFa＞0、NPCFb≤0、且NPCFc＞0时，将电压偏移量Udc_com按如下方式分配：(7)当NPCFa≤0、NPCFb＞0、且NPCFc＞0时，将电压偏移量Udc_com按如下方式分配：(8)当NPCFa＞0、NPCFb＞0、且NPCFc＞0时，将电压偏移量Udc_com按如下方式分配：Udc_com_a、Udc_com_b和Udc_com_c一一对应为分配给A相、B相和C相的电压偏移量；由式(12)计算获得各相补偿中点电位不平衡所需要的时间Tcom_j：C为直流侧电容值；将由式(12)计算获得的时间Tcom_j从步骤2计算获得的具有中点电位平衡能力的相中的O状态持续时间Toj平均分配给P和N状态，实现中点电位平衡控制。