[發明專利]一種二極管鉗位型五電平逆變器矢量序列選擇方法

有效

• 申請號: 201310281032.9
• 申請日: 2013-07-05
• 公開（公告）號: CN103414365A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 趙劍鋒;趙志宏
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02M7/487
• 分類號: H02M7/487
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及一種二極管鉗位型五電平逆變器矢量序列選擇方法，屬于多電平逆變器領域。

背景技術

近年來，在高壓大功率應用領域多電平功率變換器技術成為研究的一個熱點。多電平逆變器能夠以耐壓較低的功率器件實現較高電壓輸出，相對于兩電平逆變器具有輸出電壓等級高、諧波特性好、開關損耗小等優點，因而在高壓交流電機調速、分布式發電、靜止無功補償、新型直流輸電等領域有良好的應用前景。

多電平變換器主要有H橋級聯型、二極管鉗位型以及飛跨電容型三種典型拓撲結構，其他結構均可以在此基礎上派生得到。其中H橋級聯型可以很方便通過多個單元串聯實現高壓輸出，缺點是需要復雜的移相變壓器提供多組隔離電源；飛跨電容多電平對數量眾多的鉗位電容均壓困難，以及考慮到鉗位電容本身可靠性較低，因此飛跨電容多電平的應用較少；二極管鉗位型電平無需多組獨立電源且可靠性較高，然而其主電路結構和調制算法復雜度隨著電平數的增加而急劇上升，一般只對五電平及以下鉗位型多電平進行研究。

二極管鉗位型多電平變換器存在的主要問題是直流側電容電壓不均衡，其中二極管鉗位型三電平變換器的電容均壓研究已經相當成熟，而更高電平數的鉗位型多電平直流側電容電壓平衡目前還沒有成熟的方案。二極管鉗位型五電平逆變器矢量圖由4個六邊形中心嵌套組成，其中內層六邊形含有6個有效矢量，每個矢量有4種冗余狀態，第二層六邊形含有12個有效矢量，每個矢量有3種冗余狀態。

當調制較小時，可以利用內兩層六邊形數量眾多的冗余矢量對直流側電容電壓平衡控制，然而在構造最近三矢量SVM矢量序列有多種方式，常用的有七段式和五段式兩種，矢量序列構造方式不同，對直流側電容電壓的影響也不同。另外選擇矢量序列時需要考慮逆變器對輸出電壓跳變的要求，對二極管鉗位型五電平逆變器而言，狀態保持或單相單級切換為三相狀態最優切換，而兩相單級切換時會增加逆變器輸出線電壓毛刺，因此為次優切換。選擇三相狀態最優切換固然可以減少輸出線電壓毛刺，然而可用的矢量序列也減少，對直流側電容電壓的控制能力減弱，并且需要考慮窄脈沖的問題。因此，如何有效地選擇矢量序列，對實現對直流側電容電壓的平衡是非常重要的。

發明內容

發明目的：本發明提出一種二極管鉗位型五電平逆變器矢量序列選擇方法，實現二極管鉗位型五電平逆變器在低調制比下的直流側電容電壓的平衡控制。

技術方案：本發明采用的技術方案為一種二極管鉗位型五電平逆變器矢量序列選擇方法，包括以下步驟：

1）對三相五電平矢量空間內的每一個扇區劃分成十六個三角形，并將該扇區內層的四個三角形內構造七段式矢量序列和五段式矢量序列；

2）根據步驟1）中構造的七段式和五段式矢量序列的驅動信號，分別確定它們的矢量序列窄脈沖消除規則；

3）當參考矢量位于扇區第一三角形時，選擇五電平逆變器三相狀態最優切換七段式矢量序列對電容電壓均壓控制，而五段式矢量序列輔助窄脈沖消除；

當參考矢量位于扇區第二至第四三角形時，選擇五電平逆變器三相狀態次優切換七段式矢量序列和五段式矢量序列共同對電容電壓均壓控制，在此基礎上考慮窄脈沖的消除與處理。

作為本發明的一種改進，所述矢量序列的構造包括如下步驟：

1）在三角形1構造10個七段式矢量序列和11個五段式矢量序列；

2）在三角形2構造7個七段式矢量序列和8個五段式矢量序列；

3）在三角形3構造8個七段式矢量序列和9個五段式矢量序列；

4）在三角形4構造7個七段式矢量序列和8個五段式矢量序列。

作為本發明的進一步改進，所述矢量序列窄脈沖消除包括如下步驟：

1）由七段式矢量序列的驅動信號，確定七段式矢量序列窄脈沖消除規則；

2）由五段式矢量序列的驅動信號，確定五段式矢量序列窄脈沖消除規則。

有益效果：本發明實現了二極管鉗位型五電平逆變器在低調制比時直流側電容電壓的平衡控制，算法不受功率因數的影響。同時發揮了七段式矢量序列逼近效果好和電壓諧波小的優點，消除了窄脈沖的影響。

附圖說明

圖1為本發明一相橋臂的電路拓撲圖；

圖2為三相五電平逆變器矢量圖；

圖3為扇區I第一至第四三角形矢量分解圖；

圖4為矢量序列對應的驅動信號；

圖5為M=0.2仿真波形；

圖6為M=0.48仿真波形；

圖7為M=0.2實驗波形；

圖8為M=0.48實驗波形。

具體實施方式