[發明專利]一種三電平變換器中點電壓平衡控制方法

有效

• 申請號: 201110309955.1
• 申請日: 2011-10-14
• 公開（公告）號: CN102361409A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發明（設計）人: 夏長亮;邵虹君;張云;史婷娜;陳煒
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

技術領域

本發明涉及驅動電機的功率變換器控制領域，特別涉及多電平變換器空間矢量調制方法。

背景技術

在大功率應用場合中，多電平變換器由于其開關器件承受的電壓低，輸出電壓諧波含量小，開關頻率低等優點，得到了越來越廣泛的應用。其中NPC(Neutral?Point?Clamped)三電平變換器是應用最廣泛的一種多電平結構，它只需要一個獨立的直流電壓源，對硬件的要求較低。

NPC三電平變換器存在一個固有的缺點，即存在中點電壓不平衡問題。目前常用的控制中點電壓平衡的方法是在NTV(Nearest?Three?Vector)調制中，通過控制正負小矢量的作用時間來控制中點電壓平衡。但是在高調制系數和低功率因數的條件下，由于小矢量的控制能力有限，NTV調制方法不能在全范圍內控制中點電壓平衡。NTV²(Nearest?Three?Virtual?Vector)調制方法能夠在任意的負載條件、任意的運行條件下控制中點電壓平衡，但是卻增加了開關頻率。有些學者針對上述問題，提出了比例固定的混合空間矢量調制策略，將NTV和NTV²這兩種調制方法進行混合，這種比例固定的混合空間矢量調制策略在減小開關頻率的同時，能夠在全范圍內控制中點電壓平衡。

在一定的調制系數和功率因數條件下，比例固定的混合空間矢量調制策略中，NTV和NTV²這兩種調制方法所占的比例是一定的，即在NTV能夠實現平衡控制的區域采用NTV調制方法，在NTV不能實現平衡控制的區域，采用NTV²調制方法。比例固定的特點限制了混合空間矢量調制策略的靈活性，而且相比于NTV調制方法，其開關頻率仍然較大。

發明內容

為了克服現有技術的上述不足，本發明提供一種能夠減小功率器件的開關頻率的三電平變換器中點電壓平衡控制方法，本發明給出了一種可以根據根據實際參數的需要，通過調節兩種調制方法(NTV和NTV²)所占的比例，使得中點電壓振蕩幅值在允許的范圍內，開關頻率最小。為此，本發明采用如下的技術方案。一種基于電壓空間矢量脈寬調制技術的中點電位平衡控制方法，用于中點箝位型三電平逆變器的控制，包括下列步驟：

第一步：求出冗余小矢量作用時間分配因子

將三電平電壓空間矢量圖的0～60度區域定義為第一扇區，則第一扇區內平均中點電流為：i₁＝(2k_P1-1)×d_S1×i_a+d_M×i_b+(2k_P2-1)×d_S2×i_c，其中，i₁表示平均中點電流，d_S1、d_S2、d_M分別為第一冗余小矢量V_S1、第二冗余小矢量V_S2和中矢量V_M的作用時間，i_a、i_b、i_c表示三相負載電流，k_P1表示V_S1的作用時間分配因子，k_P2表示V_S2的作用時間分配因子；令i₁＝0，求出k_P1、k_P2，將其它扇區進行矢量旋轉都可變換到第一扇區，按照相同的方法求取其它各個扇區的k_P1、k_P2；

第二步：求出最近三矢量法NTV能實現中點電位平衡控制的區域

對第一步中求出的k_P1、k_P2進行判斷，根據0≤k_P1≤1的條件，求出可平衡控制區域左邊界角度θ₁，根據0≤k_P2≤1的條件，求出可平衡控制區域右邊界角度θ₂，則第一扇區內NTV能實現中點電位平衡控制的區域為[0，θ₁]和[θ₂，60°]；

第三步：求出混合電壓空間矢量脈寬調制方法中NTV的作用區域